无线传感器网络节能技术综述
无线传感器网络节能技术综述
［常春波】
Ｉ＿圜 文章分析了无线传感器网络能耗的主要来源，结合国内外现阶段研究动态’重点 ＿ 介绍了数据处理和数据传输方面的节能技术，在数据传输方面分为无线传输、路由
一 层和ＭＡＣ层三个层次介绍，最后指出了多个协议层联合优化的发展方向。
美镧 冠 懑豁触 、 黻粒 疆 。
常春波 １９７９年生，太原科技大学信息工程学院工作，讲师，主要研究方向为无线传感器
网络节能技术、同步技术及无线传感器网络的应用
１ 引言 现有无线传感器网络节点主要由微处理器、电源、
随着传感技术，微机电（ＭＥＭｓ）技术，无线网络 传感器、Ｉ／Ｏ接口、射频模块等部分组成。在实际运行
技术的飞速发展，无线传感器网络作为一项新兴的信息采 过程中，能耗主要来源于处理（Ｐ 。ｃｅｓｓｉｎｇ）、传感
集技术日益得到重视。由于无线传感器网络节点数量非常（Ｓｅｎｓｉｎｇ）和无线传输（Ｒａｄｉ。）三个操作。处理的
庞大，且通常采用电池提供能量，因此，能量管理和节能 能量消耗主要是由于微处理器执行指令的能量消耗’如
已成为无线传感器网络的重要的支撑技术之一。ＡＴＭｅｇａ１２８Ｌ微处理器每执行一条指令需要４ｎＪ的能量，
跟传统网络相比，由于无线传感器网络能量受限， 而ＩｎｔｅＩＰｘＡ２５５微处理器在４００ＭＨｚ工作模式下每执行一
为了有效节省能量延长网络生命期就有以下的考虑：首 条指令需要１・１ ｎＪ的能量。传感的能量消耗主要包括前端
先，为了节省能量，无线传感器网络算法及协议设计应该 处理，Ａ，Ｄ转换等操作，其能量消耗根据传感器的种类不
尽可能简单，以最少的能耗完成任务。由于传统网络协议 同而有所不同，低能耗传感器包括：温度’光强，加速度
及算法设计大都没有考虑能量受限的问题，因此不适合直 传感器等；中等能耗传感器包括：声学’磁场传感器等；
接应用。其次，由于能量问题影响到了网络协议栈各个层 高能耗传感器包括：图像，视频传感器等。
次，为了有效节能必须根据跨层设计的思想，将网络作为 无线传输能耗主要来源于无线模块在收发数据及空
一个整体来设计其节能方案。 闲侦听时的能耗，在运行过程中，无线模块可能处于四种
状态：发送、接收、空闲以及睡眠，这四种状态下的能耗
２ 无线传感器网络能耗分析 依次由高到低。
无线传感器网络节能技术综述
３ 无线传感器网络节能技术相关研究
由于现有无线传感器网络的传感器主要以低能耗和
中等能耗为主，相对于节点处理和无线传输的能耗较低，
因此，现有的节能技术主要包括针对数据处理与数据传输
的节能技术两个方面，如图１所示。
节能相关技术 针对数据娃理的节能技术
针对数据｝奄翰的节齄技术
图１节能技术分类 节艟ＭＡ￣技术
３．１针对数据处理的节能技术
这方面的研究工作主要关注于节省处理器的能量消
耗，如早在１ ９９８年美国Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ大学的Ｂｅｒｋｅｌｅｙ电子研
究实验室的Ｔｒｅｖｏｒ Ｐｅｒｉｎｇ…等学者就提出了动态电压缩放
技术（ＤｙｎａｍｉｃＶｏｌｔａｇｅＳｃａｌｉｎｇ，ＤＶＳ），这项技术的出发点
是在大多数无线传感器结点上，计算负载是随时间变化
的，因此并不需要微处理器在任何时刻都保持峰值性能。
可以通过动态改变微处理器的工作电压和频率，使其刚好
满足当时的运行需求，从而在性能和能耗之间取得平衡。
Ｌ．Ｂｅｎｉｎｉ【２ 等学者则提出了动态电压管理（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＤＰＭ）技术，该技术的基本思想是
尽可能使系统各部分运行在节能模式下。最常用的管理策
略是关闭空闲模块，在这种状态下，无线传感器结点或部
分将被关闭或者处于低功耗状态，直到有感兴趣的事件发
生，这项技术是无线传感器网络中节能ＭＡＣ协议设计的
基础。
美国麻省理工大学的Ａ．Ｓｉｎｈａ等学者 则提出了能量
可扩展ＤＳＰ算法设计的概念以进一步节省处理器能耗。基
本思想是将传统ＤＳＰ算法的执行操作按影响结果的显著程
度进行排序，将影响结果大的操作先执行，这样就可以在
能耗与结果精确程度之间寻求一个权衡。美国麻省理工大
学的Ｊ．Ｔ．Ｌｕｄｗｉｇ等学者 则将这一概念用于滤波算法的设
计，发现大多数算法都可以转换为类似的能量可扩展ＤＳＰ 算法设计。
Ｃ．Ｆ．Ｃｈｉａｓｓｅ ｒｉｎ 等学者则提出了针对无线传感
器网络的分布式数字处理器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｏ￣ＤＤＳＰ）的概念，其基本思想是将一个算法分解
为多个子算法，然后让不同的节点来执行不同的子算法，
然后，将结果进行汇总并处理得到总的结果。这样的话，
可以使每个节点的执行负载比较均衡，因此每个节点都可
以有利用ＤＶＳ等方法的空间来节省能耗。当然，这是以
增加节点间的通信开销为代价的，因此，需要寻求分解带
来的能量节省与通信的能量开销之间的权衡。
这些技术都可以有效节省数据处理带来的能耗，但
由于无线传感器网络中，能耗的主要部分在于无线传输，
因此，其总的节能效果并不如考虑节省数据传输能耗的相
关技术有效。
３．２针对数据传输的节能技术
由于数据传输是能耗的主要部分，关注于这方面的
节能设计工作很多。另外，由于能耗涉及到了网络通信的
各个协议层，现有研究工作既有关注于无线传输的节能技
术，关注于多址接入（ＭＡＣ）的节能技术，以及关注于
网络路由的节能技术。其中，节能ＭＡＣ技术主要解决的
问题是如何构造一个能量最优化的拓扑及如何调度各节点
的睡眠以节能，节能路由技术则是在拓扑构造好以后，解
决如何根据采集参数确定最优数据传输路由的问题，而节
能无线传输技术则是在路由确定后，如何传输数据以最小
化能耗的问题。根据对无线传感器网络能耗特点分析，无
线传输技术占据了能耗主要部分，而无线传输技术又是其
余技术的基础，因此其性能的优劣根本性地影响到了整网
的能耗。
３．２．１节能无线传输技术
由前所述，无线传输是节点能耗主要来源，考虑节
省无线传输时的能耗往往能获得很好的节能效果。而且，
传感器网络各项网络通信技术都涉及到了数据的无线传
输，使得无线传输技术成为了各项技术的基础，也成为了
影响整网能耗的根本。因此，研究节能无线传输技术对无
线传感器网络的实用化具有举足轻重的作用。但由于无线
传输技术的研究涉及的内容较多，研究的难度较大，其现
阶段的研究才刚刚起步，系统性的工作见报道的较少。比
２０１０．１１’广东通信技术 园
圈
圈
国
３５ 园
图
圈
圈
３６ 无线论坛
较有代表性的包括下面的工作。美国ＦｌｏｒｉｄａＡ ａｎｔｉｃ大学
的Ｅｄ Ｃａｌｌｗａｙ学者 从无线通信的角度分析了现有短距离
无线通信技术不适合于无线传感器网络的原因，设计了～
个码位调制的通信技术，该技术具有低能耗、低实现复杂
度的特点，后来该技术被提交为ＩＥＥＥ８０２．１５．４物理层设
计的提案；美国斯坦福大学的Ｂ．Ｐｒａｂｈａｋａｒ ，ＥＩＧａｍａｌ 。
等学者以及南加州大学￣ＹａｎｇＹｕ删等学者从自适应调制技
术的角度出发，研究了节能无线传输的问题。先后三年在
ｌＮＦＯＣＯＭ上发表了采用白适应调制技术在点到点，一点
对多点， “数据聚合树”通信模式中确保传输时延性能与
节能的无线传输设计策略。
３．２．２节能路由技术
由于节能在无线传感器网络中的核心地位，其路
由技术的研究就关注于根据传感器网络节点数目众多，
分布式操作，数据冗余等特点设计具有节省能量特点的
路由技术。无线传感器网络的路由技术按其网络结构和
工作方式可以分为平面式的（Ｆｌａｔｒｏｕｔｉｎｇ）和层状式的
（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｒｏｕｔｉｎｇ）。
（１）平面式路由算法
对于平面式路由算法，所有节点地位和功能都～
样，依靠节点间协作来共同完成数据采集。最简单的平
面式路由算法是洪泛（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ）算法” ，在该算法中，
每个接收到数据包的传感器节点将广播给邻居节点，依
次类推直到Ｓｉｎｋ接收到该数据包。这个方法实现起来非
常简单，但在实际应用中却存在重复数据包发送所造成
的资源浪费过大的问题。事实上，对无线传感器网络而
言，Ｓｉｎｋ往往只对具有一定特性的数据感兴趣（如某一个
区域内的传感器数据），因此，在设计路由协议时应该
通过对数据特性及Ｓｉｎｋ的兴趣进行描述，尽可能只传输
必要数据。出于这一思想而设计的路由算法包括：ＳＰＩＮ，
Ｄｉ ｒｅｃｔｅｄＤｉｆｆｕｓｉｏｎ，ＲｕｍｏｒＲｏｕｔｉｎｇ，ＧＢＲ及ＣＡＤＲ等。其
中，ＳＰＩＮ和Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｄｉｆｕｓｉｏｎ可以看作这类算法的代
表，其他算法可以看作是这两个算法的～个变体或推广。
（２）层式路由算法
层状式路由算法的主要思想是通过分簇使得簇内相
关性较强的数据可以在簇头聚合而减少需要发送给Ｓｉｎｋ的
数据量，从而节省能量消耗。在层状式路由算法中，重点
关心的问题包括簇头选取、簇划分以及信道共享等。这类 算法中比较有代表性的算法包括ＬＥＡＣＨ，ＰＥＧＡＳＩＳ，
ＴＥＥＮ等。
（３）今后可能的研究方向
近年来，无线传感器网络在很多需要端到端实时
性，可靠性要求的领域内得到应用，路由算法作为数据传
输的重要组成部分，也必须考虑对端到端传输服务质量保
证的问题。现已有一些初步工作开始考虑无线传感器网络
上的ＱｏＳ路由问题，￣ｚｌ３Ｔｉａｎ Ｈｅ等人根据控制理论思想提
出的ＳＰＥＥＤ【 协议就考虑了软实时性保证问题。
另一方面，由于无线传感器网络与物理通信环境的
耦合程度远高于其他网络，而无线传感器网络的物理通信
环境较为复杂，且动态性较强。为了有效的节省能量，保
证传输的可靠性，无线传感器网络的路由协议设计上应该
考虑物理通信环境的特点，如：射频传播不规则性，多径
衰落现象等。
３ｌ２．３节能多址接入技术
媒体多址（ＭＡＣ）接入技术是无线传感器网络可
靠通信的保证，由于无线传感器网络的特点，使得其上
ＭＡＣ协议设计与传统网络ＭＡＣ协议设计有很大不同，
也带来了新挑战，现已有大量工作关注于无线传感器网络
ＭＡＣ协议设计。
最大化网络生命期是无线传感器网络设计目标。因
此，其ＭＡＣ协议设计应该以尽可能节省不必要能量浪费
为目的。对于无线传感器网络，能量浪费主要来源于下面
几个方面： （１）由于数据包冲突造成的能量浪费，如多
个节点向同一个节点传输数据造成数据包碰撞，重传从
而造成能量浪费； （２）由于不必要侦听造成能量浪费，
比如一个节点侦听到不是自己的数据包所造成的能量浪
费； （３）无线模块长期处于空闲状态所造成能量浪费，
节点处于空闲状态的能耗可以和接收状态及发送状态的能
耗比拟，如果节点无线模块长期处于空闲状态就会造成
大量能量浪费。 （４）由于收发节点没有协调好所造成的
不必要数据发送，比如当发送端发送数据时，接收端处于
睡眠状态，此时发送的数据会造成能量的浪费。根据无线
传感器网络能量有限，节点密度高，环境动态变化快等特
点，一项好的ＭＡＣ协议应该具备下面的特点： （１）节省
能量消耗，延长网络生命； （２）具有可扩展性，即协议
的设计应该具有分布式的特点适合于在大规模环境下使
无线传感器网络APIT定位算法
欢迎网上投稿《微型机与应用》2010年第29卷第21期随着计算机网络技术、通信技术、嵌入式技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器及其构成的无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)引起了人们的极大关注。这种传感器网络具有低功耗、低成本、自组织的能力，能够自动进行配置和适应环境的变化，具有动态可重构性等特点，能够通过协作实时监测、感知和采集网络，分布区域内的各种环境或监测对象的信息并传送到控制中心，因而被广泛应用于国防军事、国家安全、精细农业、环境监测、智能家居、城市交通以及预防与减灾、人员营救、目标跟踪等方面，适用于在人们无法接近的极端恶劣或特殊环境下监测事件发生的地点[1]。传感器节点通过飞行器撒播、人工埋置和火箭弹射等方式任意撒落在被监测区域内。节点的位置信息都是随机的，节点所采集到的数据，若没有位置信息几乎没有应用价值[1]。所以在无线传感器网络应用中，节点的定位一直是关键问题，同时也是人们研究的热点。由于传感器节点采用电池供电，节点数量巨大，成本太高，能量有限。因而利用GPS或其他方式先对网络中的少量节点(锚节点)进行定位，其他大部分节点以锚节点位置为参考，应用各种定位算法实现自身定位。根据目前出现的定位算法对节点位置估测机制的不同可以分为两大类：基于距离相关的定位算法(Range-BasedLocalizationSchemes)和基于距离无关的定位算法(Range-FreeLocalizationSchemes)。前者需要测量相邻节点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未知节点的位置；后者不需要自己与锚节点之间的距离或角度信息，而是根据网络连通性等信息估算出自己与锚节点间的距离。基于距离相关的定位算法使得传感器节点造价增高，消耗了有限的电池资源，而且在测量距离和角度的准确性方面需要大量的研究。基于距离无关的定位算法则不需要知道未知节点到锚节点的距离或者不需要直接测量此距离，在成本和功耗方面比基于测距的方法具有优势[1]。如质心算法、DV-Hop、Amorphous和近似三角形内点测试法APIT等。其中，APIT定位算法的基本思想简单，实现容易。而且由于其定位功耗小、成本低、节点定位精度高等特点得到广泛应用和研究，其中有不少改进算法的效果更优。本文将无线传感器网络APIT定位算法唐明虎，张长宏，昝风彪(青海民族大学计算机学院，青海西宁810007)摘要：无线传感器网络节点定位机制的研究中，基于距离无关的定位技术得到快速发展，其中基于重叠区域的APIT定位算法在实际环境下定位精度高，被广泛研究和应用。对APIT定位算法及其改进措施进行了总结，并给出性能比较结果。关键词：无线传感器网络；APIT；定位算法中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1674-7720(2010)21-0001-04APITlocalizationalgorithminwirelesssensornetworksTANGMingHu，ZHANGChangHong，ZANFengBiao(CollegeofComputerScience，QinghaiUniversityforNationalities，Xining810007，China)Abstract：Localizationalgorithmbasedonrange-freehasdevelopedrapidlyinwirelesssensornetworknodelocalizationmechanism.EspeciallybasedonoverlappingtheregionAPITlocalizationalgorithminrealenvironment，highpositioningaccuracycanbewidelyusedbyresearch.ThispositioningtechnologyoftheAPITalgorithmanditsimprovedalgorithmarereviewed，anditsperformanceanalysisandcomparisonofsimulation.Keywords：wirelesssensornetworks；APIT；localizationalgorithm综述与评论ReviewandComment1《微型机与应用》2010年第29卷第21期基于距离无关的定位算法APIT的相关改进算法进行综述，以便使APIT算法的研究和应用得到进一步推广。1基于区域的APIT算法无线传感器网络定位机制中，APIT算法属于距离无关、区域相关的定位策略。其实现简单、定位成本低、传感器节点功耗小、定位精度高，因而得到广泛应用。它的基本算法是从待定位节点周围的锚节点中任意选取三个，组合成一个三角形，判断该点是否位于该三角形内。如果在三角形内，则将其标记，依次对待定位节点周围的锚节点进行各种不同组合并检测，最终找出所有满足要求的三角形重叠区域，求其质心位置以替代待定位节点在网络中的具体位置坐标。算法原理见图1。该算法的基本理论依据是最佳三角形内点测试法(PIT)[2]。1.1PIT原理介绍APIT算法在进行定位之前，首先要明确未知节点M是否处于已知的三个锚节点所连成的三角形内。因此，对于随机分布在某区域内的无线传感器网络，在需要确定位置信息的未知节点M的无线射程范围内随机选取三个已知位置信息的锚节点：A(xa，ya)，B(xb，yb)，C(xc，yc)，确定M节点是否在锚节点构成的△ABC内。命题1：将节点M向任意一个方向移动，如果节点M至少与锚节点A、B、C当中的任何一个之间远离或接近，则表明节点M处于该△ABC内，见图2(a)。命题2：存在一个方向，使得节点M沿该方向移动时，将同时远离或接近三个锚节点A、B、C，则表明节点M处于该△ABC外，见图2（b)。按上述命题判断节点M是否处于三个锚节点包围的三角形之内，条件足够，但由于实际无线传感器网络中撒布的节点规模庞大，而且大部分实际网络中，节点处于静止或移动非常缓慢的状况，因此上述判断方法不能用于待定位节点的测试。在实际网络操作中采用近似PIT原理测试。近似PIT原理(APIT原理)：如果在待定位节点M的邻居节点中，没有同时远离或接近三个锚节点A、B、C的点，则表明节点M位于该△ABC内，否则节点M位于△ABC外(见图3)。对于具有N个锚节点的规模网络，用锚节点间的通信能够连成C3N个三角形。1.2APIT算法实现步骤在实际无线传感器网络中实现APIT算法可简要分为四个步骤：(1)各节点获取在其无线射程之内所有锚节点的信息，包括位置坐标、信号强度等信息。(2)根据PIT原理进行测试。(3)聚集所有满足条件的三角形，找出其交集。(4)计算交集的重心，以其估计待定节点位置。根据实现APIT算法的四个步骤，可以写出其伪代码：Receivelocationbeacons(Xi，Yi)fromNanchors；//取得N个锚节点的位置坐标InsideSet=Ф；//对设定用来存放包含待定节点区域的变量InsideSet初始化for(eachtriangleTi∈triangles){//穷尽锚节点组成的所有三角形if(Point-In-Triangle-Test(Ti)==TRUE)//判断如果待定位节点位于该三角形内InsideSet=InsideSet∪{Ti}；//则将其区域标记，并调用网络扫描算法if(accuracy(InsideSet)>enough)break；//如果定位精度已达要求可提前结束循环}EstimatedPosition=CenterOfGravity(∩Ti∈InsideSet)；//计算包含待定位节点的公共区域的重心，以其代替待定//位节点的位置1.3APIT算法性能分析通过与常见几种基于距离无关定位算法之间的
【计算机科学】_无线传感器网络_期刊发文热词逐年推荐_20140722
序号科研热词推荐指数序号科研热词1无线传感器网络291无线传感器网络2路由协议32传感器网络3网络安全33能量有效性4路由算法24移动模型5调度25服务质量6能量高效26拓扑控制7能量有效性27802.15.48数据融合28高效9拓扑控制29非均匀分簇10定位210通信信任11分簇211过滤12传感器网络212轮廓查询13隐私保护113路由算法14防御措施114路由优化15锚节点115路由16部署116调度17遗传算法117覆盖控制18通信安全118蜂窝网络19路由119蚁群算法20覆盖120节点部署21蚁群算法121节点死亡22节能122节点布置23节点定位系统123节点定位24节点定位124节点协作检测技术25自适应卡尔曼滤波算法125节点亚死亡26自组织网络126自治网络27能量有效127能量预测28能耗均衡128能量空洞避免29网络重编程129能量模型30网络配置130能量异构31网络结构131能量信任32网络仿真132能耗优化33综述133能源消耗34移动节点定位134网络生存时间35移动性135网络效率36神经网络136网络安全37矩阵近似137网格38睡眠调度138系统仿真39滤波收敛性139簇头选举40滤波性能分析140移动计算环境41混合调度141移动性42混合分簇142研究进展43流量优化143目标检测44水下传感器网络144热区45次优距离145模型检验46森林火灾146机会型网络47最优通信范围147服务中间件48时间同步148易变数据49时分复用149时间片50无线传感器监测网络150无线多媒体传感器网络51数据收集151无线传感网络52数据传输152无线传感器网络,ad hoc网络2008年2009年53数据中心153无 线传感器网络54数字签名154数据融合55攻击155数据查询56支撑技术156数据收集57拓扑发现157数据信任58异构环境158接收功率异常59异构159拥塞控制60广播认证160异构61工业161广播62密钥预分配162定位算法63安全路由163安全组件64安全引导方案164安全体系65失效节点165多路径66多通道166多目标决策67多跳分析167多目标优化68多路径路由树168复杂网络69多维标度169同心圆定位方法70多层极小支配集170协议71地理路由171动态拓扑建模72唤醒172功率控制73哈希链173剩余能量74哈希树174制约因素75动态重配置175分簇路由协议76动态联盟176分簇77功率控制177出版者/订阅者模型78前向网关178入侵检测算法仿真79前向簇头179信誉模型80分簇控制180信任模型81分析181信任值82分布式182低能耗83分层网格183传输协议84信誉评测机制184传输半径85保密性185优化86仿真工具186云模型87仿真187事件检测88代码分发188下一跳89三维节点定位189三维定位90一次性签名190tag91tdma191spin工具92omnet++192spins协议93ns2193reader94mac协议194promela95mac195omnet++96j-sim仿真196lr-wpan97fdma197leach算法98csma198aes-ccm99bloom filter199ad hoc网络100ad hoc 网络1
AD HOC综述
综合评论电ｌ对荸娃簟ｉ｝玲
Ａｄｈｏｃ综述
张蕾
（北京邮电大学信息工程学院，北京１００８７６）
摘要：Ａｄｈｏｃ作为一种自创造、自组织和自管理的网络，由于其组网的快速灵活性，节点的分布性等诸多的优点，在战争、救灾等特殊领域有着不可替代的作用。文中介绍了Ａｄｈｏｃ的概念、特点、发展历史及国内外的研究现状，并指出了其中需要研究的一些关键技术。关键词：Ａａｄｈｏｃ；无线网络；动态路由算法；自组织
中图分类号：ＴＮ９１５文献标识码：Ａ
１引言
近年来，无线通信网络无论在技术上、还是在商
业上都获得了飞速的发展，并且已经在世界范围内
被广泛地应用。无线通信网络由于能快速、灵活、方
便地支持用户的移动性而使它成为个人通信和Ｉｎ—
ｔｅｒｎｅｔ发展的方向，而且也只有通过无线通信网络
才能实现“任何人在任何时间、任何地点与任何人进
行任何种类的信息交换”的理想的通信目标。
我们经常提及的无线通信网络一般都是有中心
的，要基于预设的基础设施才能运行。例如，ＧＳＭ
（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）‘１｜、ＣＤＭＡ
（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）【２ｊ等蜂窝移动通信
系统要有基站的支持；无线局域网一般也工作在有
ＡＰ接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特
殊场合来说，有中心的移动网络并不能胜任。比如，
战场上部队快速展开和推进，地震或水灾后的营救
等。这些场合的通信不能依赖于任何预设的基础设
施，而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络。
无线Ａｄｈｏｃ网络可以满足这样的需求。
２Ａｄｈｏｃ网络的概念及特点
Ａｄｈｏｃ一词来源于拉丁语，是“特别或专门”的
收稿日期：２００５—０３—０３修订日期：２００５—０９—２０意思。这里提出的“Ａｄｈｏｃ网络”所指的就是一种
特定的无线网络结构，强调的是多跳、自组织、无中
心的概念，比较正规的表述为：无线Ａｄｈｏｃ网络是
指一组无线移动节点组成的多跳的临时性的无基础
设施支持的无中心网络旧，４Ｊ。在Ａｄｈｏｃ网络中，节
毕业论文开题报告(无线传感器网络节点设计与实现)
中 北 大 学
毕业设计开题报告
学 生 姓 名： 闫安斌 学 号： 0905044229
学 院、系： 信息与通信工程学院 电气工程系
专 业： 电气工程及其自动化
论 文 题 目： 无线传感器网络节点设计与实现
指导教师: 刘文怡
2013 年 2 月 28 日 毕 业 设 计 开 题 报 告
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文 献 综 述
无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集传感器节点分布区域内各个监测对象的信息，并将这些信息发送到汇聚节点，以实现复杂的指定范围内目标监测与跟踪，具有快速展开，抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。它是一个由大量廉价的传感器节点组成的无线自组织网络。其任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到目标区域的监测[1][10]。
一 无线声音传感器节点网络发展现状与趋势
无线传感器网络的研究最初起源于美国军方，其研究的项目包括CEO、REMBASS、TRSS、Sensor IT、WINS、Smart Dust、μAMPS、SeaWeb、NEST等。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行无线传感器网络技术的研发。美国国家自然基金委员会（NSF）也开设了大量与其相关的项目，NFS于2003年制定了无线传感器网络研究计划，每年拨款3400万美元支持相关技术研究项目，并在加州大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心；2005年对网络技术和系统的研究计划中，主要研究下一代高可靠、安全的可扩展的网络、可编程的无线网络及传感器系统的网络特性，资助金额达4000万美元。此外，美国交通部、能源部、美国国家航空航天局也相继启动了相关的研究项目。2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首[1]。
基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计
基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计
摘要:基于ZigBee无线传感器网络节点功能及温度采集参数算法,结合标准PT100输入接口,采用掌上智能终端PDA作为中继显示,设计了ZigBee低功耗无线温度数据采集及传输系统,并进行了调试和实验,实验结果表明,该系统可实现在70m范围内实时传送采集到的温度数据,系统功耗<20mA。
关键词:无线传感器网络 ZigBee 低功耗 温度采集
ZigBee无线传感器网络技术作为一种全新的短距离无线通信技术,在智能控制、无线监控及环境监测等领域得到了广泛应用。在有线数据采集及传输过程中,存在着系统布线麻烦、功耗大、代价高的问题,而采用传统的无线数据采集及传输方式,也存在着通信协议复杂、系统代价高及功耗大的缺点。在基于ZigBee的无线传感器网络中,可以由全功能设备作为Sink节点,终端节点一般使用削减功能设备来降低系统的成本和功耗,来提高电池的使用寿命。通过研究降低ZigBee节点功耗的方法来实现低功耗温度数据采集及传输。
本文基于ZigBee无线传感器网络节点的硬件原理及软件设计方法,应用ZigBee CC2430芯片实现了ZigBee无线传感器网络温度数据采集节点的硬件及软件设计,搭建了基于ZigBee的低功耗温度数据采集及传输系统,同时结合掌上智能PDA以及上位机,在服务端实现了传感器采集温度数据的监控系统。
1 设计方案
工业现场常常需要采集大量的现场数据,并需要将采集到的数据传输到主机进行处理和分析,数据采集及传输的性能将会直接影响到整个系统的功效。在一些情况下,数据的传输如果采用有线网络,则存在维护难、可靠性低等问题,采用基于ZigBee的无线传感器网络技术实现温度等数据采集及通信是一种切实可行的方案。选取TI公司CC2420芯片来实现ZigBee温度数据采集系统的应用。掌上终端PDA数据采集系统在无线传感器网络中,不仅可以与网内其他节点通过CC2430无线射频模块实现无线通信,还可以与系统中的上位机服务器进行数据交互。实际设计中通过掌上终端PDA中的无线通信模块ZigBee开始建立一个网络,子节点模块加入网络,组网过程是自动进行的,无需人工干预。
无线传感器网络中的安全技术研究
龙源期刊网
无线传感器网络中的安全技术研究
作者：马业盼
来源：《数字化用户》2013年第08期
【摘 要】本文主要介绍了无线传感器网络可能受到的安全威胁和几类攻击形式及其对策，以及无线传感器网络中的加密及密钥管理技术，并对国内外无线传感器网络安全问题的研究现状进行了分析。
【关键词】无线传感器网络 网络安全 安全防御
一、引言
近几年来，随着微机电技术、无线通信技术等的飞速发展和日益成熟，无线传感器以其强大的感知能力、计算能力和通信能力在世界范围内得到广泛的研究，但由于无线传感器网络的工作环境恶劣，且具有计算速度慢、存储空间小、能量有限等固有的脆弱性使得无线传感器网络安全的研究格外引人关注。本文介绍了几类可能会对无线传感器网络进行攻击，造成安全威胁的几类情况及其对策，并且介绍了用于无线传感器网络加密和密钥管理的相关技术，同时针对国内外无线传感器网络安全问题开展了研究分析。
二、可能遭受的攻击种类及其对策
（一）物理操纵传感节点
传感器大多部署在无人维护的环境之中，这主要是为了方便攻击者捕获节点。一旦获取传感节点，攻击者就可以利用编程接口（JTAG接口），获取或修改其中的信息代码，利用相当简易的工具往往可以在数十秒的时间内把EEPROM、SRAM以及Flash中的所有信息窃取到己方计算机中。然后通过汇编软件，把窃取的信息转换成汇编文件，进而分析出传感节点所存储的机密信息，之后通过修改代码，再反馈载入到传感节点中。
综上所述，现用的传感节点存在较大安全漏洞，攻击者利用这些漏洞，获取其中存储的机密信息，并且修改传程序代码后，就可以以多个ID的身份在传感器网络中实现通信，或者伪装成合法节点载入到网络中。总之，通过漏洞控制传感节点后，可以发动多种多样的攻击。
应对策略：由于物理操纵传感节点容易是不可回避的传感器网络安全问题，所以有必要通过一定的技术手段来增强传感器网络的安全性能。例如：持续更新更高等级的密钥方案，分布式密钥方案等，即使有一小部分节点被操纵，也很难从窃取的节点信息推导出其它节点的密钥信息；通信前节点与节点进行必要的身份认证；通过认证措施来审核传感节点软件的合法性进而提高安全性能。
软件无线电技术综述
软件无线电技术综述
一、概述
随着信息技术的飞速发展，无线通信技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色。传统的硬件主导的无线通信系统由于其固有的局限性，已无法满足日益增长的多样化、个性化通信需求。在这一背景下，软件无线电技术应运而生，以其独特的优势引领着无线通信领域的新一轮变革。
软件无线电技术是一种基于数字信号处理（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等先进技术的无线通信体系。它的核心理念在于构建一个通用的硬件平台，通过加载不同的软件来实现各种无线通信功能。这种技术范式不仅使得硬件平台能够兼容多种无线标准，如GSM、CDMA、WLAN等，还显著提高了系统的灵活性和可扩展性。
软件无线电技术的核心原理在于将模拟信号进行数字化处理，并在数字域上执行信号处理操作。具体实现过程中，需要构建可编程的数字信号处理器（DSP）和FPGA等硬件平台，并开发相应的数字信号处理算法和软件模块。通过这些技术和手段，软件无线电技术能够实现无线信号的收发和处理，从而满足不同的无线通信标准和功能需求。
软件无线电技术的应用领域广泛，涵盖了军事、移动通信、无线传感器网络、广播通信等多个领域。在军事领域，软件无线电技术有助于构建灵活的军事通信系统，提高作战指挥效率和协同能力。在移动通信方面，该技术能够实现多模多频的通信功能，支持多种无线标准，提升移动设备的通信能力和互联互通性。在无线传感器网络和广播通信等领域，软件无线电技术也发挥着重要作用，推动着这些领域的持续创新和发展。
软件无线电技术以其独特的优势在无线通信领域展现出了广阔的应用前景。本文将对软件无线电技术的定义、原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势进行全面综述，以期为相关研究和应用提供参考。
1. 软件无线电技术的定义
软件无线电技术，是一种引领无线通信领域的技术革新。它的核心理念在于利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”，打破了传统通信设备仅仅依赖硬件来实现通信功能的局限。软件无线电技术的出现，标志着通信领域继固定通信到移动通信、模拟通信到数字通信之后的第三次革命性进展。
基于无线传感器网络的智能家居系统的设计方案
基于无线传感器网络的智能家居系统的设计方案
智能家居系统是将传感器、网络和智能设备结合起来，实现对家居环境的智能化监测和控制。基于无线传感器网络的智能家居系统设计方案如下：
1.系统架构设计：
-传感器节点：设计多个传感器节点，每个节点负责监测家居环境的不同参数，如温度、湿度、光强等。每个节点具有无线通信和数据处理能力。
-网络通信：采用无线传感器网络技术，将传感器节点连接成一个网络，通过协议进行数据传输。
-数据处理和控制单元：设计一个集中的数据处理和控制单元，负责接收传感器节点采集到的数据，并根据用户的需求做出相应的控制。
-用户接口：提供用户界面，使用户能够实时查看家居环境参数，进行远程控制。
2.传感器节点设计：
-选择适合家居监测的传感器，如温湿度传感器、光照传感器、气体传感器等。
-设计低功耗的传感器节点，采用节能技术，延长传感器节点的电池寿命。
-考虑传感器节点的通信能力和数据处理能力，选择合适的硬件平台，如嵌入式系统。 3.无线传感器网络设计：
- 选择合适的无线通信协议，如ZigBee、Wi-Fi等，进行传感器节点之间的无线通信。
-考虑传感器节点的布局和通信距离，设计合适的传感器节点数量和通信范围。
-考虑网络拓扑结构，选择合适的网络拓扑，如星型、网状、树状等。
4.数据处理和控制设计：
-设计数据处理算法，对传感器采集到的数据进行处理和分析。
-根据用户的需求，设计相应的控制策略，如自动控制、定时控制等。
-考虑数据存储和管理，设计数据库或云存储系统，保存历史数据和用户设置。
5.用户接口设计：
-设计用户界面，提供实时的家居环境参数显示和远程控制功能。
-考虑不同终端设备的兼容性，如PC、手机、平板等。
-考虑用户隐私和安全，设计用户认证和数据加密机制。
6.安全设计：
-采用加密算法保护传感器节点之间的通信安全。
-设计用户认证机制，确保只有合法用户可以访问系统。
-定期更新系统软件和固件，修复已知漏洞。
AD HOC综述 2
综合评论电ｌ对荸娃簟ｉ｝玲
Ａｄｈｏｃ综述
张蕾
（北京邮电大学信息工程学院，北京１００８７６）
摘要：Ａｄｈｏｃ作为一种自创造、自组织和自管理的网络，由于其组网的快速灵活性，节点的分布性等诸多的优点，在战争、救灾等特殊领域有着不可替代的作用。文中介绍了Ａｄｈｏｃ的概念、特点、发展历史及国内外的研究现状，并指出了其中需要研究的一些关键技术。关键词：Ａａｄｈｏｃ；无线网络；动态路由算法；自组织
中图分类号：ＴＮ９１５文献标识码：Ａ
１引言
近年来，无线通信网络无论在技术上、还是在商
业上都获得了飞速的发展，并且已经在世界范围内
被广泛地应用。无线通信网络由于能快速、灵活、方
便地支持用户的移动性而使它成为个人通信和Ｉｎ—
ｔｅｒｎｅｔ发展的方向，而且也只有通过无线通信网络
才能实现“任何人在任何时间、任何地点与任何人进
行任何种类的信息交换”的理想的通信目标。
我们经常提及的无线通信网络一般都是有中心
的，要基于预设的基础设施才能运行。例如，ＧＳＭ
（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）‘１｜、ＣＤＭＡ
（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）【２ｊ等蜂窝移动通信
系统要有基站的支持；无线局域网一般也工作在有
ＡＰ接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特
殊场合来说，有中心的移动网络并不能胜任。比如，
战场上部队快速展开和推进，地震或水灾后的营救
等。这些场合的通信不能依赖于任何预设的基础设
施，而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络。
无线Ａｄｈｏｃ网络可以满足这样的需求。
２Ａｄｈｏｃ网络的概念及特点
Ａｄｈｏｃ一词来源于拉丁语，是“特别或专门”的
收稿日期：２００５—０３—０３修订日期：２００５—０９—２０意思。这里提出的“Ａｄｈｏｃ网络”所指的就是一种
特定的无线网络结构，强调的是多跳、自组织、无中
心的概念，比较正规的表述为：无线Ａｄｈｏｃ网络是
指一组无线移动节点组成的多跳的临时性的无基础
设施支持的无中心网络旧，４Ｊ。在Ａｄｈｏｃ网络中，节
无线传感器网络技术在养殖业污染监测上的应用
２８ 《渔业现代化｝２００８年第３５卷第２期
无线传感器网络技术在养殖业污染监测上的应用
李 华，李文秀
（美国圣何塞州立大学工程学院计算机工程系，圣何塞市加利福尼亚州９５１９２）
摘要：综述了国际上无线传感器网络技术发展的特点和趋势，提出无线传感器网络技术在畜禽和水产养殖业 污染监测上应用需要解决的２个技术问题：一是选择合理的ＩＰ无线传输方式；二是选择合理的系统结构，达 到较高的性价比。设计出适合不同地域、不同生态环境的无线传感器网络的拓扑结构，实现在户外或野外环 境下对畜禽和水产养殖业污染的监测 关键词：无线传感器网络；实时在线检测；污染源实时监测；水体污染源；水产养殖业
ｌ 无线传感器网络技术综述
无线传感器网络技术是国内外公认的最具发
展前景的高新技术领域之一。２００３年美国《商业
周刊》和《麻省理工学院（ＭＩＴ）技术评论》在预测未 来技术发展的报告中，分别将其列为２ｌ世纪最具
影响的２ｌ项技术和改变世界的ｌ０大新技术之一。
此技术已经在我国《国家中长期科学和技术发展规 划纲要（２００６－－２０２０年）》中被列为重要发展方向 之一。笔者根据多年在国外从事这一领域研究的
体会，重点介绍目前无线传感器网络的技术特性和
其在智能实时在线环境监测中的应用。首先介绍
无线传感器网络原理，特别是阐述融合于无线传输
技术、ＩＰ技术、超大规模集成电路技术和嵌入式系 统各学科结合部的技术特性和原理。
无线传感器网络技术（Ｓｅｎｓｏｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）原
创于美国的几个大学，其后产业化相继跟进。产 品应用于生态系统、环境监测、地下水污染源监测 等。目前，无线传感器网络能够实时提供自然现
象的观测，且可信度令人满意。其应用前景包括
集约化养殖业，养殖污物对周边大气、土壤、水质
污染的实时监测和排污系数测算，水产养殖区水
质监测取样与测算等。
随着我国农村经济的迅速发展，畜禽和水产 集约化养殖已经成为养殖业的主体，其迅速发展 带来的周边环境问题日益突出，养殖污染源严重