无线传感器的定向扩散
无线传感器网络路由协议及安全问题研究
２ 无线 传 感器 网络 受到 的威胁
２１无线信道的不安全 ． 无线传感器 网络 的无线信道是开放 的， 它是一个广播介 质 ，攻击者可 以很容易的通过无线信道偷听和截取数据 。 ２２ 节点资源限制 ． 传感器节 点的 Ｃ Ｕ，内存 ，带宽 的资源有 限，尤其是 Ｐ
研 究与 设计
微型 电脑 应 用
２０ ０８年 第 ２ ４卷第 ｌ 期 ｌ
节 点保持一个估 计成本和 一个通过邻 居节点到达 目的地的 学 习成本 。 估计成本包含残余能量和到达 目的地的距离。学 习成本是 网络 中由于路 由空洞而产生的估计成本 。 空洞是指 没有邻居节 点比 自身更接近 目的地 。 点根据估计成本和学 节 习成本选择下一跳路 由。 ＡＥ 中包含两种状态：一是将数 Ｇ Ｒ 据传播至 目的区域 ；二是在 目的区域 内散步数据 。 Ｅ Ｇ Ａ 在 Ｒ 选 择下一跳路 由时要考虑 邻居节 点的能量和距离 目的区域 的距离 。 安全性分析 ： Ｇ Ａ 路 由协议将节点的位置信息作为依据之一 ， Ｅ Ｒ 攻击 者就可 以伪造位置信 息实现女巫攻击 （ｙ ｉａｔ ｋ ６ Ｓ ｂｌ ｔ ｃ ）【，如 ａ Ｊ 图 ４所示 。 Ａ 的另一个依据是剩余能量 ， ＧＥ Ｒ 攻击者就能谎 称 自己有最大 的能量 并对外广播这个消息 ， 邻居节 点把它作 为下一跳而 路由发送给它数据 。
趣传遍整个 网络后 ， 就在传感器节点和汇聚节点 间建立梯度
场 。通过兴趣和梯度就可 以在节 点和汇 聚节 点间建立路径 。 当建立几条路径后选择一条路径增 强。 目标数据则沿这条加
的路 由协议都相对简单 ， 本文对几种主要 的路 由协议安全性
无线传感器网络试题库附答案
无线传感器网络试题库附答案《无线传感器网络》一、填空题（每题4分，共计60分）1.传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户(观察者)2.传感器网络的基本功能：协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息3、3.无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信4.无线通信物理层的主要技术包括：介质选择、频段选取、调制技术、扩频技术5.扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频6.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段7.无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络8.无线传感器网络的关键技术主要包括：网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术9.IEEE标准主要包括：物理层。
介质访问控制层10.简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。
11.数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测12.无线传感器网络可以选择的频段有：_800MHz___915M__、、___5GHz13.传感器网络的电源节能方法：_休眠（技术）机制、__数据融合14.传感器网络的安全问题：(1)机密性问题。
(2)点到点的消息认证问题。
(3)完整性鉴别问题。
15.规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为28sa)、点协调功能帧间间隔PIFS长度是SIFS加一个时隙(slot)长度，即78sb)分布协调功能帧间间隔DIFS，DIFS长度=PIFS+1个时隙长度，DIFS的长度为128s16.任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：1、6、11频道。
17.网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容包括了：接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权限等18.传感器是将外界信号转换为电信号的装置，传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成19.传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成20.物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖万物的网络。
定向扩散无线传感网路由协议及其改进
汇聚节点首先使用属性名一 属性值对兴趣进行描述 ，生成一
个 兴 趣信 息 ，然 后 周期 性地 向 相邻 节点 广播 此 兴趣 信息 。 每 个 传 感 器 节 点 都 维 护 一 个 兴 趣信 息 缓 存 ，用于 保 存 不 同 的兴趣 ，并 为每 个 兴趣 创建 一个 兴 趣信 息单 元 ，包 括起 始 时 间 、 梯 度值 、梯度 持 续 时间 。 当一个 传 感器 节点 从 其邻 居节 点 收到 一
／ ／ 兴趣 类 型
ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ＝１ ０ ｍ ｓ ／ ／ ＠ Ｎ频 率 为每 １ ０ ｍｓ 检 测 一次
感器 节点传递来 的数据 ，并将数据传送 到远程 中心进行集１ ５ ： １ ０ ： ３ ０ ， ／ 检测 起 始时 间 ／ ／ 检测 位 置 区域
４ ． ３ 梯度 建 立
ＤＤ （ 定 向 扩 散 ）协 议 是 一 种 基 于 查 询 机 制 的路 由协 议 。 整个 过 程可 以 包括 兴 趣扩 散 、梯 度建 立 和数 据 传播 阶段 。
在兴趣扩散阶段 ，汇聚节点根据不 同的应 用需求定义不 同 的兴趣清求消息 ，并向网络中的所有传感器节点广播兴趣请求消
ｅ ｎｄ
＿
ｔ ｉ ｍｅ ＝ ２ ０ ： １ ０ ： ４ ０ ／ ／ ＠Ｎ 结 束时 间
２ 无 线路 由协 议
ｒ ｅ ｃ ｔ ：［ Ｏ ， １ ０ ０ ， ０ ， ５ Ｏ ］
４ ． ２ 兴趣 扩散
无 线 传 感 网 的 路 由 协 议 设 计 是 无 线 传 感 网 的 一 个 核 心 环
ｔ ｙ ｐ ｅ ＝ｓ ｍｏ ｋ ｅ
ｓ ｔ ａ ｒ ｔ
—
条件 ，并且通过相互合作在网络 中传递数据 。 无线传感网中的节点有两类 ：传感器节点和汇聚节点 。一 个无线传感网 中可 以包含上千个传感器节点 ，用于探测网络覆盖
无线传感器网络的定向扩散路由协议仿真
《无线网络技术》实验五报告单班级__ __ 姓名_____ __ 学号___ ___实验日期__ ___ 评分____ 教师签名_______________实验名称：无线传感器网络的定向扩散路由协议仿真实验目的：了解无线传感器网络的定向扩散路由协议及改进的路由协议DD—RFA。
实验内容：1 .无线传感器网络概述无线传感器网络(witeleSs Sensor Networks，WSN)是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统。
它综合了微机电系统(Micro—Elec— tron Mechanical System，MS)、传感器技术、嵌入式技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监控、感知和采集各种环境或监控对象的信息。
在军事领域、工业领域、农业领域、环境检测、医疗监护、智能家具系统等许多领域都有十分广阔的发展前景。
2.定向扩散(DD)协议分析DD协议是一个重要的基于数据的、查询驱动的路由协议。
该协议采用属性／值对命名传感器节点产生的数据，由兴趣扩散、梯度建立、路径加强和数据传播阶段组成。
3.仿真及结果分析仿真基于NS一2[平台，仿真工作主要针对两个方面，一个是关于节点转发兴趣包的数目分析，另一个是关于节点能量开销分析。
仿真环境，为了研究改进的DD—RFA协议随网络规模的变化的性能，产生各种不同大小的传感器场。
在每个仿真试验中，研究5种不同的传感器场，分别在设定50，100，150，200，250个节点数目下的场景中进行仿真，节点随机分布在350m×350m的区域。
设Sinl‘节点为1，源节点的个数为5，MAC层采用802．11，信道带宽设为1 Mbit／s，数据分组的大小为62 byte，兴趣的重发时间间隔为50s。
在能耗方面，由于不同网络密度，节点的能耗不同，所以节点随机分布在500m*500m的区域，设定在50、100、150、200、250个节点数目下的场景，持续时间为500s，一个sink点和三个源节点，它们的能量最初是1000J，接收节点能量损耗0．395J，发送节点能量损耗0．662J。
无线传感器网络的路由协议
路由协议概述
无线传感器网络的路由协议主要任务是确保数据由 源节点准确高效地传输到目的节点，即寻找数据的 最优路径以及沿最优路径发送数据。
能耗：WSN中，路由协议的制定受能耗的限制。 ◆邻居发现过程：邻居节点间交换信息会消耗能量，交换数据越 大，能耗越大。 ◆处理过程：数据传输过程的计算和通信会消耗能量，通信的能 耗大于计算。
能量感知路由
能量多径路由
主要过程
路径建立 建立从源节点 到目的节点的多 条路径 计算出各条路 径的选择概率
数据传输
对于接收到的 每组数据，节点 根据概率从所有 下一跳节点中选 择一个节点
路由维护
周期性从目的 节点到源节点进 行洪泛查询以维 护路径的有效性 和活跃性
能量感知路由
能量多径路由
路径建立具体过程
缺点
➢节点硬件需要支持射频功率自适应调整； ➢无法保证簇头节点能遍及整个网络； ➢分簇与簇头选举 要公平
分层路由协议
PEGASIS协议
◆PEGASIS协议是对于LEACH的一种改进，节点间不再组成簇，而 是组成链 ◆PEGASIS协议基本原理：
1.假定传感器节点是同构和相对静止的 2.节点通过发送能量递减的测试信号，确定相邻节点的位置 3.进而了解网络的全局信息 4.节点选择其最近的邻居作为链上的下一跳 5.节点只需维护自己上一跳和下一跳的邻居信息
分层路由协议
LEACH协议
网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段：
◆簇头建立阶段： 节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头（选簇）； 簇头节点广播自己成为簇头的事实； 其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该
簇头节点； 簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时隙；
定向扩散路由协议
定向扩散路由协议定向扩散路由协议（Directed Diffusion）是一种传感器网络路由协议，旨在优化数据传输的效率和整体能耗。
它在传感器网络中应用广泛，被认为是传感器网络中最成功的路由协议之一。
在定向扩散路由协议中，传感器节点通过与其他节点交换信息，共同协作完成数据的传输和处理。
定向扩散路由协议最重要的特点是利用数据的流向，将数据通过路径的相对应方向发送，而非随机发送，减少无意义的通信，降低网络能耗。
在定向扩散路由协议中，每个节点不仅仅是数据传输的终点，而且还是数据处理和存储的地点。
这种分布式的数据处理方式，利用了节点的计算和通信能力，大大提高了节点的灵活性和数据处理效率。
定向扩散路由协议的工作原理是将数据从源节点向周围的节点扩散。
每个节点都会记录周围节点的信息，例如节点之间的链接强度和相邻节点的距离等。
然后它们会将这些信息进行汇总和处理，生成数据的转发方案。
在这个过程中，每个节点会将自己的能量状况和可用带宽状况等信息传递给周围节点，以便决定数据传输路径。
最终，数据会通过路径向目标节点传输并在目标节点进行处理。
由于定向扩散路由协议的数据传输是以有方向的流向方式进行的，因此它也被称为源导向路由协议。
与其他路由协议相比，它需要更少的通信和计算资源，不仅降低了路由负载，同时也提高了传输速度和数据处理效率。
此外，它还具有很好的适应性，能够在不同的环境中运行，并且能够自动适应网络的变化，例如节点失效或节点间的连接断裂等情况。
在传感器网络应用中，定向扩散路由协议可以应用于各种领域，例如环境监测、健康照护、安全监控和工业自动化等。
由于传感器网络通常需要长期运行和自我修复，定向扩散路由协议的鲁棒性和适应性变得尤为重要。
目前，许多研究人员正在探索如何进一步优化定向扩散路由协议，以适应更加复杂和实际的应用需求。
总体而言，定向扩散路由协议是一种高效、灵活和可靠的传感器网络路由协议，广泛应用于各种传感器网络应用场景。
苏州大学传感器网络题库
苏州大学无线传感器网络题库(注：2016年软嵌一月期末考的B卷)A卷1.简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。
2.数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测3.无线传感器网络可以选择的频段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ4.传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合等5.传感器网络的安全问题：(1) 机密性问题。
(2) 点到点的消息认证问题。
(3) 完整性鉴别问题。
6.802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为28 us、点协调功能帧间间隔PIFS长度是SIFS加一个时隙(slot)长度，即78 us，分布协调功能帧间间隔DIFS，长度为128 us7.基于竞争的MAC协议有：载波侦听多路访问（CSMA），，8.802.11网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容包括了：接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权限等9.传感器是将外界信号转换为电信号的装置：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成10.传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成11.物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖万物的网络。
RIFD无线识别、嵌入式系统技术、能量供给模块和纳米技术列为物联网关键技术。
12.任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：1、6、11频道。
1.为什么无线传感器网络需要时间同步，简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理？解：在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。
不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差，RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。
确定性无线传感器网络定向扩散路由协议
Abstract: A nove l determ in ist ic d irected d iffusion rout ing pro toco l w as proposed for w ire less sensor net w orks (W SNs) to pro long netw ork lifet im e. T he sink broadcasted its Interest periodically in flooding fash ion. A node set up its grad ients tow ards the neighbor nodes in the arriva l order of Interest from them, the earlier ar rival the larger g radien.t T he node tow ard by the m ax imum grad ient w as selected to form a path from the source to the sink. T he node energy consum ption w as balanced by ad justing the energy thresho ld to preserve low er energy nodes from jo in ing the path. Qualitative ana lysis and sim u la tion resu lts show that the proposed rou ting pro toco l can achieve better perform ance in term s of energy consum ption and re liability than the d irected diffusion pro toco l in the cases of sing le sink single event and mu lt i sink m u lti event respect ively, and it is eas ier to practica l im p lem en.t Analytic discussion a lso illum inates that the proposed routing protoco l has better perform ance in term s o f delay and jitter.
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无线传感器的定向扩散
摘要：在处理器，内存，和无线电技术的发展，使传感节点小型化，更便宜，方便通信和计算。
这些节点的网络协调，执行环境现象的分布式传感。
在本文中，我们探索定向扩散模式这种协调。
定向扩散是在所有数据中心沟通是命名的数据。
在所有节点定向扩散基于网络的应用程序知道。
这使扩散节约能源和实现路径选择经验好在网络（例如，数据汇总）的数据高速缓存和处理。
我们了解和评估使用定向扩散一个简单的远程监视传感器网络的分析和实验。
我们的评估表明，定向扩散可以实现显着的节能效果和可以超越理想化传统的计划（例如，无所不知组播）下调查的情景。
索引项，数据汇总，数据中心的路由，分布式传感，网络处理，无线传感器网络
第一章绪论
在不久的将来，在处理器，内存和进步无线电技术将能够使小型和廉价的的节点无线通信和计算显著。
“除了感知能力等设备将使分布式microsensing的一个活动的集合节点进行协调，以实现一个更大的检测任务可能。
这种技术可以彻底改变信息收集在许多情况下，处理。
大型，动态变化，强大的传感器网络，可以部署在荒凉的物理环境，如远程地理地区或有毒的城市地区。
他们还将使低维护传感更良性的，但不容易获得，环境，如大型工业厂房和飞机内饰等。
为了激励我们的研究，认为这是简化模型这种传感器网络将如何工作。
人类的一个或多个运营商姿势，网络中的任何节点，问题的形式：“多少行人，你观察到的地理区域X？“或”是在什么方向，是该车辆的地区Ÿ移动呢？“这些传感器在指定的查询结果负责区域开始收集信息。
一旦单个节点检测到行人或车辆的运动，他们可能会与邻近的节点来消除歧义位置行人或车辆的运动方向。
其中的一个节点可能报告人为操作的结果。
出于稳健性，缩放，和能源效率的要求，本文探讨一个新的数据传播范式这种传感器网络。
这一范式，我们称之为1定向扩散，是数据中心。
由传感器产生的数据节点的命名属性- 值对。
一个节点请求数据命名的数据发送的利益。
数据匹配的利益然后是“画”下朝着这个节点。
中间节点可高速缓存，或转换数据，并可能直接根据先前的利益缓存数据第二节。
使用这种通信范式，我们的例子中，可能会实现如下。
人为操作的查询将转化为分散的利益（例如，广播，时地理路由）向地区X或Y节点一个节点接收到该地区的利益，它会激活及其传感器开始收集有关行人的信息。
当传感器报告行人的存在，这个信息返回沿着反向路径的利益传播。
中级节点可能会汇总数据，例如，更准确地查明结合报告从几个行人的位置传感器。
定向扩散的一个重要特征是，兴趣和数据传播和聚集确定（邻居之间的消息交换的本地化相互作用在一些附近或节点）。
定向扩散显著，从不同风格的IP确定终点节点通信和节点间通信的基础上分层年底结束
内网提供的送货服务。
在本文中，我们描述了定向扩散和说明的一个例子这种传感器查询传播和处理的范式。
我们表明，通过定向扩散，可以实现强大的多路径交付，经验适应一小部分网络路径，并取得显着的节能效果中间节点聚合反应查询（第四部分）。
我们还实施了几个小的定向扩散传感器平台;我们描述的实施设计和我们的经验，在第五
在本文中，我们概述了定向扩散的范例，解释它的主要特点，并描述一个特殊的例子在一些细节一个跟踪车辆的定向扩散的范例传感器网络（第二部分），我们指定的地方性法规实现所需的利息和数据传播的行为，这样做，我们将展示如何定向扩散模式不同于传统的网络上
和质量上认为，这一范式提供扩展性，鲁棒性和能源效率方面的好处。
我们通过详细的数据包级仿真量化这些好处定向扩散（第四节）。
第二章定向扩散
定向扩散的几个要素组成：兴趣，数据消息，渐变和增援。
感兴趣的消息是查询或指定用户想要什么的审讯。
每个利益包含一个传感任务是支持的说明为采集数据的传感器网络。
通常，数据在传感器网络是信息收集或处理一种物理现象。
这些数据可以是一个事件，这是一个感应现象的简短描述。
在定向扩散，数据被命名为使用的属性值对。
一个传感任务（或子任务计算），是整个传感器网络的传播作为一个已命名的数据利益。
这种传播设置梯度范围内的网络，设计的“画”事件（即数据匹配的利息）。
具体来说，梯度方向国家创建的每个节点接收到一个利益。
渐变方向是朝着邻近的节点，该利息收到。
活动开始朝着流向的发起人沿多个梯度路径的利益。
传感器网络加强一个或少数这些路径。
图1说明这些元素。
在本节中，我们描述了这些元素的扩散具体提及特定类型的传感器网络之一支持定位跟踪任务。
正如我们将看到，有几个设计选择目前即使在这种情况下，自己diffusion.We具体实例阐述这些设计选择，同时说明我们的传感器网络的设计。
我们初步评价（第四节）只侧重这些设计的一个子集选择。
不同的设计选择的结果，在不同的变种扩散（见[16]另一种变种）。
此外，即使尽管我们描述这种扩散的变种，基于速率的应用事件触发应用程序也适用于扩散。
第三章。