Lecture14_密码学与无线传感器网络感知安全
无线传感器网络安全保护的关键技术与方法
无线传感器网络安全保护的关键技术与方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的分布式传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境信息。
然而，由于其开放性和易受攻击的特点，WSN的安全性问题成为当前研究和实践的热点之一。
为了保障无线传感器网络的安全性，必须采取一系列关键技术与方法，本文将对其进行探讨。
一、身份识别与安全认证技术身份识别和安全认证技术是维护无线传感器网络安全的重要手段。
在无线传感器网络中，每个传感器节点都需要被准确识别并进行安全认证，以确保只有授权的传感器节点能够加入网络并参与通信。
为实现此目标，可以采用基于密钥的身份认证方案，通过使用对称密钥或非对称密钥机制对节点进行身份验证，从而保证通信的安全和可靠性。
二、数据保密与隐私保护技术由于无线传感器网络中传输的数据通常包含敏感信息，如环境监测数据、军事侦察数据等，因此必须采取措施确保数据的保密性和隐私性。
在数据传输过程中，可以使用加密算法对数据进行加密，确保只有合法用户才能解密并获取数据内容。
此外，隐私保护技术也是保障数据安全的一项重要手段，通过对传感器节点的身份信息和数据信息进行匿名处理，从而减小信息泄露的风险。
三、安全路由与数据完整性校验技术安全路由技术可以有效防止攻击者对无线传感器网络进行攻击和破坏，保证数据的可靠传输。
安全路由协议通过对传感器节点之间的通信路径进行认证和加密，确保数据在传输过程中不被窃听、篡改或者重放攻击。
同时，数据完整性校验技术则可以通过添加数据校验码、数字签名等手段对传输的数据进行完整性验证，从而识别和抵御数据被篡改或伪造的风险。
四、入侵检测与响应技术无线传感器网络中的入侵检测与响应技术是指针对可能存在的安全威胁进行实时监测，并采取相应的响应措施进行防御。
入侵检测系统可以通过监测数据流量、节点之间的通信行为、异常节点行为等方式，及时识别由于攻击或异常操作导致的安全威胁。
应用密码学习题答案14和15
《应用密码学》习题和思考题答案第14章密码学与无线传感器网络感知安全14－1 说明无线传感器网络的体系结构和节点体系结构。
答：略。
14－2 无线传感器网络的主要特点有哪些？答：无线传感器网络一般具有以下特点：（1）无线传感器网络具有大量而密集的节点分布特征，且网络规模可变化，不固定；缺少固定的基础设施，没有中心管理点；网络拓扑结构在分布完成之前是未知的。
（2）一般分布于恶劣环境、无人区域或敌方阵地，无人参与值守，传感器节点的物理安全不能保证。
（3）电源能量受限。
（4）计算能力有限。
（5）通信能力有限。
（6）存储空间有限。
14－3 无线传感器网络的安全需求是什么？答：从一般意义上说，无线传感器网络的安全需求主要表现为信息安全需求和通信安全需求两个方面。
1、信息安全需求：信息安全需求就是要保证网络中传输信息的安全性。
包括：机密性、完整性、真实性、可用性、新鲜性、鲁棒性和访问控制。
2、通信安全需求：通信安全就是要保证无线传感器网络通信过程的安全，涉及到传感器节点的物理安全、被动抵御入侵的能力和主动反击入侵的能力。
14－4 无线传感器网络可能受到的安全威胁有哪些？答：节点的捕获（物理攻击）、违反机密性攻击、拒绝服务攻击、假冒的节点和恶意的数据、Sybil攻击、路由威胁等。
14－5 无线传感器网络的安全防御方法是什么？答：略。
第15章密码学的新进展－量子密码学15－1 量子密码学的两个基本原理是什么？答：量子密码学的第一个原理：对量子系统未知状态的每一次测量都不可避免地将改变系统原来的状态，除非系统与测量处于兼容的状态。
也称为不可克隆原理。
量子密码学的第二个原理：在通过一个通信链接交换真正的机密消息之前，只用量子密码方法交换一个随机的密钥。
实际上这是量子密码学为了保证通信安全的一个基本处理原则。
15－2 运用量子密码理论进行密钥分配的原理及其主要步骤是什么？答：基于量子密码学的两个基本原理，量子密码学进行密钥分配的步骤如下：步1：A随机地生成一个比特流，根据编码方法发给B一串光子脉冲，每一个光子有四个可能的极化状态，A随机地、独立地设置每个光子的极化状态。
基于感知网络的无线传感器网络安全
基于感知网络的无线传感器网络安全随着无线传感器网络的广泛应用，安全问题日益凸显。
传统的无线传感器网络存在着信道窃听、信道干扰和假冒节点等安全威胁。
为了解决这些问题，人们提出了基于感知网络的无线传感器网络安全方案，通过感知网络的节点合作与信息共享，有效地保护了无线传感器网络的安全性。
基于感知网络的无线传感器网络安全方案采用了一种新型的节点组织结构，即感知组。
感知组是一种由多个节点组成的子网络，具有相同的特性或功能。
感知组内的节点通过信道共享和信息转发来实现相互连接，形成一个相对独立的子网络。
感知组之间可以通过信道信息交互或相互合作，以提高无线传感器网络的整体安全性。
基于感知网络的无线传感器网络安全方案的关键技术之一是感知组自主组织和重组。
感知组的自主组织是指感知组内的节点通过协商和合作来选择组长和进行成员节点的动态调整。
感知组的重组是指当感知组内的节点出现异常行为或遭受攻击时，其他感知组可以与之解除连接，并重新组织成新的感知组。
通过感知组的自主组织和重组，可以在一定程度上防止对整个无线传感器网络的攻击。
另一个关键技术是感知网络的安全信任建立和管理。
无线传感器网络中的节点之间需要建立信任关系，才能共享信息并合作进行安全防护。
感知网络通过节点之间的安全信任建立和管理，实现了节点之间的身份认证、密钥协商和数据加密等安全机制。
同时，感知网络也通过对节点行为进行监测和评估，实时判断节点的可信度，并对不可信节点进行远程认证和对策调整。
通过安全信任建立和管理，感知网络可以保证无线传感器网络的安全性和可靠性。
基于感知网络的无线传感器网络安全方案还涉及到无线传感器网络的安全策略和安全机制设计。
安全策略是指制定合理的安全规则和策略，用于保护无线传感器网络的机密性、完整性和可用性。
安全机制是指通过加密算法、身份认证、访问控制等手段，保障无线传感器网络数据的安全传输和处理。
基于感知网络的无线传感器网络安全方案通过合理的安全策略和安全机制设计，有效地防止了无线传感器网络的攻击和威胁。
无线传感器网络安全精选PPT可编辑全文
5.3 无线传感器网络安全防护技术
5.3.5 入侵检测、容侵容错技术
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5.3.5 入侵检测、容侵容错技术
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5.3.5 入侵检测、容侵容错技术
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5.3.5 入侵检测、容侵容错技术
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5.3.5 入侵检测、容侵容错技术
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5.3.5 入侵检测、容侵容错技术
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5.3.5 入侵检测、容侵容错技术
SinkHole 虚假路由信息、选择性转发、Hello消息洪泛攻击、Sybile攻
击、SinkHole
基于位置的路由协议
虚 假 路 由 信 息 、 选 择 性 转 发 、 环 路 攻 击 、 Sybile 攻 击 、 SinkHole
基于数据可靠的路由协议 虚假路由信息、Hello消息洪泛攻击、Sybile攻击
随热烈的鼓掌声响起，特鲁索娃身着一席蓝衣踏上冰面。她双膝着地，双臂平行斜放在身前，垂眼望向自己的手掌，沉静自若，落落 大方，显得端庄而优雅。
5.4.2
物联网及其安全性
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5.4.2
物联网及其安全性
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随热烈的鼓掌声响起，特鲁索娃身着一席蓝衣踏上冰面。她双膝着地，双臂平行斜放在身前，垂眼望向自己的手掌，沉静自若，落落 大方，显得端庄而优雅。
Leach分层结构路由协议
选择性转发、Hello消息洪泛攻击、Sybile攻击
一个WSN节点不仅是一个主机，而 且是一个路由器。WSN路由协议的 首要任务是在一对节点中建立正确、 有效的路由，实时地发送消息。
如果路由被误导，整个网络可 能陷于瘫痪。无线传感器网络 中主要的路由协议容易遭受的 攻击，如表5-3所示。
3
5.4.1 车载传感网络及其安全性
4
5.4.1 车载传感网络及其安全性
无线传感器网络安全策略与加密机制探索
无线传感器网络安全策略与加密机制探索无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为一种新型的信息传感网络，广泛应用于环境监测、军事侦察、物联网等领域。
然而，由于其易受攻击和数据传输安全性的缺乏，保障无线传感器网络安全成为亟待解决的问题。
本文将探索无线传感器网络的安全策略和加密机制，以提供参考和引导。
一、无线传感器网络的安全策略1. 节点认证与鉴别无线传感器网络中的每个节点都需要经过认证和鉴别才能参与网络通信。
节点认证和鉴别是建立安全信任的关键环节。
可以通过事先分配的密钥或者基于公钥加密的机制来验证节点的身份。
并且，定期更新密钥可以增加系统的安全性。
此外，多因子认证和双因子认证等技术也可以在一定程度上提高系统的安全性。
2. 数据完整性和机密性数据完整性和机密性是无线传感器网络中保障数据可靠传输的重要安全策略。
对于数据的完整性，可以采用哈希树或者消息认证码等技术来验证数据的完整性，并防止篡改和改写。
对于数据的机密性，可以采用对称加密算法，如AES（Advanced Encryption Standard）或者DES（Data Encryption Standard）等来加密数据，保证数据在传输过程中不被窃取和破解。
3. 密钥管理与分配无线传感器网络的安全性很大程度上依赖于密钥的管理和分配。
密钥管理包括密钥生成、密钥分配、密钥更新和密钥撤销等环节。
密钥生成可以通过使用随机数生成算法来生成密钥。
密钥分配可以通过预先分配、中心化分配或者分布式分配等方式进行。
密钥更新和密钥撤销可以根据网络的需求和具体情况进行管理。
二、无线传感器网络的加密机制1. 对称加密算法对称加密算法使用相同的密钥进行数据的加密和解密，加密和解密的过程都非常快速。
常见的对称加密算法有AES和DES等。
AES是一种经典的对称加密算法，具有高强度的安全性和快速的加解密速度。
DES是一种较为古老的对称加密算法，安全性较低，但在某些应用场景下仍然广泛使用。
如何解决无线传感器网络中的网络安全问题
如何解决无线传感器网络中的网络安全问题无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。
随着无线传感器网络的广泛应用，网络安全问题日益凸显。
本文将探讨如何解决无线传感器网络中的网络安全问题。
一、加密与认证技术的应用在无线传感器网络中，数据的加密与认证是保障网络安全的重要手段。
首先，通过对传感器节点之间的通信进行加密，可以防止敌对方窃取或篡改节点之间的数据。
其次，通过对节点进行身份认证，可以确保只有合法的节点才能参与网络通信。
因此，无线传感器网络中应用加密与认证技术是解决网络安全问题的基础。
二、密钥管理与分发机制密钥管理与分发是无线传感器网络中的重要环节。
传感器节点之间的通信需要使用密钥进行加密与解密，而密钥的管理与分发决定了网络的安全性。
一种常用的密钥管理与分发机制是基于密钥预分配的方案，即在网络部署前，将密钥预先分配给各个节点。
此外，还可以采用基于身份的密钥管理与分发机制，即根据节点的身份信息生成和分发密钥。
密钥管理与分发机制的合理设计可以有效解决无线传感器网络中的密钥管理问题，提高网络的安全性。
三、安全路由与拓扑控制无线传感器网络中的安全路由与拓扑控制是保障网络安全的关键。
安全路由的目标是选择合适的路由路径，确保数据在传输过程中的安全性。
拓扑控制则是通过调整网络的拓扑结构，提高网络的安全性和鲁棒性。
安全路由与拓扑控制可以通过以下几个方面来实现：一是选择安全的路由协议，如基于身份的路由协议；二是采用拓扑控制算法，如基于密钥的拓扑控制算法；三是进行节点位置隐匿处理，防止攻击者通过节点位置信息进行攻击。
四、入侵检测与响应机制入侵检测与响应是无线传感器网络中的重要安全机制。
入侵检测的目标是及时发现并响应网络中的入侵行为，保障网络的安全性。
入侵响应则是对入侵行为进行相应的处理，如隔离受到攻击的节点或重新分配密钥等。
无线传感器网络的安全与保护
无线传感器网络的安全与保护在现代社会中，无线传感器网络已经成为了一个不可或缺的组成部分。
其可以帮助我们收集和传输数据，从而满足我们的各种需求。
但是，随着科技的不断发展，我们也面临了越来越多的安全问题。
在本文中，我将讨论无线传感器网络的安全与保护，包括其存在的问题和如何解决这些问题。
无线传感器网络的存在问题无线传感器网络面临的最大问题之一是安全问题。
这是因为无线传感器网络易受攻击，例如黑客攻击、病毒攻击等等。
攻击者可以窃取机密信息、破坏网络和控制传感器等等。
此外，无线传感器网络还面临着传输数据的保密性和完整性问题。
由于采集到的数据可能包含机密信息，如位置、电力或能源消耗信息，这些信息如果泄露出去，将对个人隐私或商业利益产生不利影响。
如何解决无线传感器网络的安全问题在解决无线传感器网络的安全问题时，关键在于预防和响应于网络攻击。
我们可以通过以下措施来防范网络攻击。
1. 加密传输加密传输是防范网络攻击的基本措施之一。
在传输数据时，加密技术可以对数据进行加密，从而保证数据的安全性和完整性。
一旦数据加密，攻击者就无法解密数据，这将保护用户的隐私和机密信息。
2. 采用多云架构多云架构是另一个重要的防范网络攻击的措施。
它通过将数据存储在多个不同的云中来保护数据的安全性。
这样一来，假设一个云被攻击了，数据和信息不会完全消失。
这种方法可以减少数据泄露的风险，并增强系统的安全性。
3. 验证用户身份验证用户身份是防范网络攻击的另一个重要措施。
用户身份验证可以防止未授权的访问和信息泄露，并维护数据的完整性。
在使用无线传感器网络时，一般都需要用户提供用户名和密码以进行身份验证。
在进行身份验证时，我们可以使用双重身份验证等高级技术，以进一步加强用户身份认证的安全性。
4. 设置防火墙设置防火墙也是防范网络攻击的基本措施之一。
防火墙能够限制某些未授权访问并保护系统，从而保护数据的完整性和安全性。
防火墙可以隔离网络，过滤恶意数据和流量，并阻止未授权的数据访问。
无线传感器网络在密码学中的应用
无线传感器网络在密码学中的应用随着科技的不断发展和普及，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）成为了现代社会中不可或缺的一部分。
它由大量的分布式传感器节点组成，能够实时地感知、采集和传输环境中的各种信息。
在众多领域中，WSN的应用越来越广泛，其中之一便是在密码学中的应用。
密码学是研究信息安全和数据保护的学科，它涉及到加密、解密、认证和数据完整性等方面的技术。
无线传感器网络的应用场景中，数据的安全性往往是至关重要的。
在无线传感器网络中，传感器节点负责采集和传输各种类型的数据，包括个人隐私信息、商业机密等。
如果这些数据未经加密保护，就有可能被未授权的人窃取或篡改，从而导致严重的后果。
因此，无线传感器网络中的数据加密技术成为了保护数据安全的重要手段之一。
数据加密是将明文转换为密文的过程，只有拥有相应密钥的人才能解密获得明文。
在WSN中，常用的数据加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法是使用同一个密钥进行加密和解密的算法。
由于无线传感器网络中的资源有限，对称加密算法因其计算效率高、占用资源少的特点而得到广泛应用。
常见的对称加密算法有DES、AES等。
传感器节点在发送数据之前，使用密钥对数据进行加密，接收方节点使用相同的密钥对数据进行解密。
这样，即使数据被窃取，未经授权的人也无法获得明文。
非对称加密算法是使用一对密钥进行加密和解密的算法，其中一个密钥是公开的，称为公钥，另一个密钥是保密的，称为私钥。
非对称加密算法的安全性更高，但计算复杂度也更高。
在WSN中，非对称加密算法常用于密钥交换和数字签名等场景。
例如，当传感器节点需要与其他节点进行通信时，可以使用非对称加密算法进行密钥交换，确保通信过程中的安全性。
除了数据加密技术，无线传感器网络中还有其他与密码学相关的应用。
例如，身份认证是确保通信双方身份合法性的重要手段。
在WSN中，传感器节点可以通过使用数字证书和数字签名等技术，对通信双方进行身份验证，防止恶意节点的入侵。
无线传感器网络中的网络安全和隐私保护
无线传感器网络中的网络安全和隐私保护随着物联网的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）在各个领域中得到了广泛应用。
然而，随之而来的是对网络安全和隐私保护的日益关注。
本文将探讨无线传感器网络中的网络安全和隐私保护问题，并提出一些解决方案。
一、网络安全问题在无线传感器网络中，网络安全是一个重要的问题。
由于传感器节点通常位于无人地区，易受到恶意攻击者的攻击。
攻击者可能会窃听、篡改或伪造传感器节点之间的通信，从而破坏网络的完整性和可靠性。
为了解决这个问题，可以采取以下措施：1. 加密通信：使用加密算法对传感器节点之间的通信进行加密，确保数据传输的机密性。
常用的加密算法包括AES、RSA等。
2. 身份认证：对传感器节点进行身份认证，确保只有合法的节点才能加入网络。
可以使用数字证书或者基于密码学的身份认证方案。
3. 安全路由：建立安全的路由协议，确保数据在传输过程中不被篡改或者窃取。
常见的安全路由协议包括LEACH、TEEN等。
二、隐私保护问题除了网络安全问题，无线传感器网络还面临着隐私保护的挑战。
传感器节点采集的数据可能包含个人敏感信息，如位置、健康状况等。
如果这些信息被未经授权的人获取，将对个人隐私造成严重威胁。
为了保护隐私，可以采取以下措施：1. 数据脱敏：对采集到的数据进行脱敏处理，去除个人敏感信息。
可以使用数据加噪、数据匿名等技术来实现。
2. 访问控制：建立访问控制机制，限制对数据的访问权限。
只有经过授权的用户才能获取敏感数据。
3. 区域隐私保护：将网络划分为不同的区域，并为每个区域设置不同的隐私级别。
只有在获得相应权限的情况下，才能访问该区域的数据。
三、综合解决方案为了更好地解决无线传感器网络中的网络安全和隐私保护问题，可以综合采用以下解决方案：1. 多层次安全机制：建立多层次的安全机制，包括物理层、链路层、网络层和应用层的安全措施。
每一层都有相应的安全协议和算法来保护数据的安全性和隐私性。
无线传感器网络安全性分析与加密算法研究
无线传感器网络安全性分析与加密算法研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量具有自主传感、自组织和自能力合作等特点的无线传感器节点组成的分布式网络。
这些节点可以感知环境中的各种物理、化学、生物等信息，并将其传输到目标观测或监控中。
然而，无线传感器网络的广泛应用也引发了对其安全性的关注与研究。
本文将对无线传感器网络安全性进行分析，并探讨其中的加密算法相关研究。
无线传感器网络的安全性威胁主要包括数据保密性、数据完整性、网络利用率、身份认证和防止对各种攻击的抵抗等。
其中最重要的是保证数据的保密性和完整性，以防止敏感信息被非法访问或篡改。
而无线传感器网络由于其开放性、分布性和资源有限性等特点，面临着各种安全威胁和攻击手段。
在无线传感器网络中，常见的攻击方式包括窃听攻击、拒绝服务攻击、重放攻击、节点伪装攻击等。
针对这些攻击，一种常用的解决方案是采用加密算法来保证网络的安全性。
加密算法主要包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法是指用相同的密钥对数据进行加密和解密的算法。
其优点是计算速度快，但缺点是密钥的分发问题，密钥泄露可能导致数据的被破解。
流行的对称加密算法有DES、AES等。
在无线传感器网络中，基于对称加密算法的数据保护通常使用预先共享密钥。
非对称加密算法（也称为公钥密码算法）使用两个密钥，即公钥和私钥，其中公钥可以公开，私钥则保密。
通过使用公钥加密，只能使用私钥解密。
由于非对称加密算法比较复杂，计算速度较慢，因此在无线传感器网络中的应用相对较少。
但在某些情况下，如节点身份认证等，非对称加密算法具有重要作用。
常见的非对称加密算法有RSA、ElGamal等。
除了上述传统加密算法，还有一些专门用于无线传感器网络的新型加密算法被提出，如LEACH、TinySeSP、TRSA等。
这些算法基于无线传感器网络中的特点和需求进行设计，能够有效地解决无线传感器网络中的安全性问题。
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计算能力有限
– 使用嵌入式处理器，其处理器的能力十分有限。
通信能力有限
– 采用无线通信技术。一般采用低速、低功耗的通信技术，通信范围、
通信带宽均十分有限，且面临着干扰、丢包、碰撞、延迟等不可靠 通信问题。
存储空间有限
– 传感器网络节点属于微器件，有非常小的存储容量和代码存放空间
节点的捕获（物理攻击） 违反机密性攻击 拒绝服务攻击 假冒的节点和恶意的数据 Sybil攻击 路由威胁
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14－5 WSN的安全防御方法 14－ WSN的安全防御方法
物理攻击务 对抗假冒的节点或恶意的数据 对抗Sybil攻击的方法 安全路由 数据融合安全
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传感器网络体系结构
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传感器网络节点
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传感器网络节点体系结构
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14－2 WSN的安全挑战 14－ WSN的安全挑战
无线传感器网络具有大量而密集的节点分布特征，且网络规模可 变化；没有中心管理点；网络拓扑结构在分布完成之前是未知的。 一般分布于恶劣环境、无人区域或敌方阵地，无人参与值守。 电源能量受限
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14－3 WSN的安全需求 14－ WSN的安全需求
信息安全需求
– 机密性 – 完整性 – 真实性 – 可用性 – 新鲜性 – 鲁棒性 –访问控制
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通信安全需求
– 通信安全就是要保证无线传感器网络通信过
程的安全，涉及到传感器节点的物理安全、 被动抵御入侵的能力和主动反击入侵的能力。
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14－4 WSN可能受到的攻击分类 14－ WSN可能受到的攻击分类
第14章 14章
密码学与无线传感器网络 感知安全
学习要点：
– 了解无线传感器网络及其节点的体系结构 – 了解无线传感器网络的安全挑战 – 了解无线传感器网络的安全需求 – 了解无线传感器网络可能受到的攻击及其防
御方法
1
§14-1 概述 14后PC和泛计算时代的来临 ，无线传感器网络 得以发展并具有广阔的应用前景