无线传感网络技术

移动信息　无线传感网络技术　龚亮涛汤毅超　华东交通大学，江西南昌３３００１３　摘要：通信技术主要由四大技术组成：传感器、通讯网络、计算机和执行器，这四项支柱技术正好涵盖了从信息荻取、　信息传输、信息处理和信息应用的一个完整的映射过程。无线传感网络（ＷＳＮ）技术是目前在国际上备受关注、涉及多学科高　度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。ＷＳＮ综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理及无线通信、现代网络等技　术．可以使人们在任何时间、地点和任何环境下获取大量详实可靠的信息，从而真正实现“无处不在”的计算理念。无线传　感网络是新一代的传感网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。　关键词：传感嚣；通讯网络；计算机；执行器；无线传感网络　中图分类号：ＴＰ２１２．９：ＴＮ９２９．５　文献标识码：Ａ　早在２Ｏ世纪中后期８０—９０年代，军方已经开始对传感　器网络进行研究，并称之为网络中心战思想中的关键技术。　进入２１世纪后，科技高速发展ＷＳＮ受到了更多的关注，并　在多种应用方面取得了重大进展。　１无线传感网络的基本原理　无线传感器网络是指大量传感器节点随机部署在监测　传感区域内部或附近，能够通过互相实现无线通信组织方式　构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点进行　传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多　跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网卫星到达管理节点。　用户通过管理节点作为主要控制中心，对传感器网络进　行配置管理，发布监测任务以及收集监测数据供用户浏览和　处理。随机分布的集成传感器、数据处理单元和通信模块的　微小节点通过自组织的方式构成网络，借助节点中内置的形　式多样的传感器测量所在周边环境中的声纳、红外、热、雷　达地震波信号，从而探测包括噪声、湿度、温度、光强度、　压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们　感兴趣的物质现象。在通信方式上，一般可以采用有线、无　线、红外、光等多种形式，但一般认为短距离的无线通信技　术最适合传感器网络使用，一般称作无线传感器网络。　２无线传感网络的基本构成包括硬件结构和软件　结构：　２．１硬件结构——传感器节点结构　传感器节点是无线传感网络体系中底层的硬件基础设　备，它是由数据采集、数据传输、数据处理和电源４个部分　组成。数据采集单元负责接收监测区域内用户所需要的信息；　通过数据处理单元对采集的信息进行数据处理，并进行存储；　然后通过数据传输单元将信息传输到网络中其他节点。节点　采用了嵌入式Ｃ　Ｐ　Ｕ，为了处理数据，对任务进行调度及管　理，节点还需要采用一种嵌入式操作系统。　２．２软件结构——网络体系结构　传感器网络体系结构是由传感器节点、汇聚节点、传播　介质、终端管理４个部分组成。节点人性化均匀随机的设置　在所要监测区域内，能够通过许多高度集成化的传感器设备　共同协作的实时感知、检测和采集各种环境或检测对象的信　息，然后通过传感器设备上嵌入式系统对传感器设备所接受　的信息进行处理，并通过自组织无线通信网络以多跳中继的　方式将所感知的信息数据快速传送到用户终端，从而实现真　正的无线通信。与传统的信息获取方式相比，无线传感网络　具有自组织、功耗小、快速布置、廉价和可扩展性强、能在　恶劣和特殊的环境下进行工作等特点。　３无线传感网络的核心技术分析：　无线传感网络技术可分为两个阶段：第一阶段主要偏重　利用微电子技术设计小型化的节点设备；第二阶段就是对传　感网络本身问题的关注与研究。网络本身研究主要集中在３　个方面的关键技术：无线传感网络协议、网络支撑技术和网　络管理技术。　３．１无线传感网络的通信协议问题　无线传感网络中各个节点要进行信息传输，通常采用　文章编号：１００９—６４３４（２０１５）１－００４７—０２　无线射频的方式进行连接，由于无线节点的能量有限信道　带宽小、传输距离短等特点出现多具体的问题需要研究。无　线传感网络的堆栈结构和常见的ＣＴ从Ｐ网络的体系结构大　体相同，也分为五层，依次是物理层数据链路层、网络层传　输层和运用层。就拿网络层面来说。　无线传感网络与传统的无线网络（如ＷＬＡＮ）有着不同的　设计目标，后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源　管理策略最大化带宽的利用率，同时为用户提供一定的服　务质量保证。在无线传感网络中，除了少数节点需要移动以　外，大部分节点都是静止的。因为它们通常运行在人无法接　近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源问题很重要。使得　设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感网络的　核心问题。同时节点标识（如地址等）的作用在传感器网络中　就显得不是十分重要，因为应用程序不怎么关心单节点上　的信息：然而中间节点上与具体应用相关的数据处理、融合　和缓存却显得很有必要。在密集性的传感器网络中，相邻节　点间的距离非常短，低功耗的多跳通信模式节省功耗，同　时增加了通信的隐蔽性，也避免了长距离的无线通信易受　外界噪声干扰的影响的特性和为传感器网络的制约因素的　研究提出了新的技术问题。　３．２无线传感网络的安全问题　网络安全是网络研究中的一个重要问题，由于黑客病　毒越来越猖撅，网络安全不但成为一个技术问题，而且也　成为一个社会问题。无线协议存在严重安全漏洞黑客可以利　用该漏洞通过￣ＤＡ设备来中断企业的整个无线网络连接。目　前无线传感网络的安全研究内容有：物理层的高效加密算　法数据链路层抗Ｄｏｓ攻击的安全ＭＡＣ协议、网络层的安全路　由协议以及运用层的密钥管理和安全组播方案等等。　４无线传感器的运用领域　无线传感器在现在科技感原来越强。定位、跟踪作为无　线传感网络的一个很有前景的运用领域，引起了极大的研　究热情。在全球的范围内有ＧＰＳ定位系统，然而对一些小范　围内，室内环境ＧＰＳ就无法发挥其功能，这就可以利用无　线传感网络来实现。对科技的需求越来越大的社会，无线传　感网络技术现已进军各个领域。其中包括有现代工业领域，　军事领域，环境检测，家庭智能化家居运用，医院卫生运用，　农业信息化运用等等，层出不穷。　在这就简单谈谈几个和大家都有关而且对我们未来生　活很重要的领域，一是国防军事领域，这是我们和平生活的　保障，二是智能家居领域，这是与我们息息相关提升我们生　活质量的领域。　军事领域是最早提出无线传感网络应用的领域。由于无　线传感网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应　用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和　物资，判断生物化学攻击等多方面用途。它可以代替防御边　界上的警卫和岗哨，通过在边界设置大量的无线传感器节点，　士兵可以通过节点上特定的传感器设备实时采集获取边界　的各种信息。在地雷中采用无线传感网络后，这些地雷将和　一般杀伤性地雷一样具有杀伤力，但是可以通过节点获取当　前的信息，战后也可以通过实时的信息数据进行有效的处理。　无线传感网络还可以用于目标定（下转第５ｌ页）　２０１５年１期４７　移动信息　合作，打通产业链各企业间的屏障。随着安全问题的重要性　进一步凸显，产业链各主体应努力提高自身应对支付风险的　能力和水平，商户、第三方支付厂商和安全软件厂商等移动　支付产业链上下游企业应开展广泛的安全合作，成立支付联　盟、统一安全标准，形成支付安全保障闭环。同时从国家层　面完善相关的法律法规保障移动支付技术的稳定发展。　或者银行官方号码发来的短信，如果收到此类短信后自己却　有担忧，也一定不要直接拨打短信中留下的联系电话，而是　要通过电信运营商或者银行官方客服进行咨询；保持设置手　机开机密码的习惯，登录密码和支付密码设置为不同，并且　不使用容易被猜到的个人信息如生日、车牌等作为密码；使　用数字证书、手机动态口令等安全必备产品；如果手机丢失，　第一时间使用安全软件的防盗功能，远程删除手机里的支付　数据，同时打电话给银行和第三方支付供应商冻结相关业务　找手机运营商挂失手机号码并补办。另外，可以在电脑上登　录支付宝等账号，关闭无线支付业务。如果身份证、银行卡　连同手机一并丢失，向公安机关和银行挂失。万一发生被盗　用账户资金的情况，立刻拨打１ｉ０报警。　３．２多处监控，层层设防　安全软件生产厂商应该从整个移动支付安全产业入手，　发挥桥梁和纽带作用共同抵御支付风险。商家应该注意漏洞　的防护和用户隐私的保护；电信运营商应加强用户身份识别，　建立用户信用体系，建立安全移动支付通道等；浏览器厂商　应该提供安全的上网入口，对网址进行保护，对插件进行认　证；手机设备、芯片、路由器厂商应及时修复漏洞，开启加　密通道，定时更新操作系统，加强内置软件的安全管理，通　过硬件设备加密防护支付安全；银行和支付厂商应该增强系　统和服务器安全防护，加强用户身份认证，加大数字证书和　４结语　移动支付技术是２１世纪的新兴产物，未来几年，随着　移动支付产业链的协调发展、社会信用环境的改善及法律的　完善、人们支付习惯的改变及安全意识的提高、政府和社会　的支持，移动支付有望实现全方位的提升并走向成熟。　加密技术的更新使用，增强用户支付安全教育。从移动支付　的每个环节入手建立安全联盟，统一安全标准，共享安全数　据，实现风险联动，形成支付安全保障闭环，从而充分发挥　各主体的资源优势和技术特长，共同抵御支付风险，切实保　障用户支付安全。［５］　参考文献　［１］２０１４年第一期中国移动支付安全报告［Ｒ］．３６０互联网安　全中心。２０１４．３．１１．　３．３使用第三方安全软件，加强安全防范意识　目前许多安全软件生产厂商都提供了移动支付安全的　基本解决方案，如腾讯手机管家，３６０手机卫士等。这类软　件具有盗版网银识别、木马病毒查杀、网络环境监控、支付　环境监控、网址安全扫描、二维码扫描监控和短信加密认证　等多项支付安全功能，可以有效拦截最新的木马，拦截木马　读取短信等行为。用户可以通过使用安全软件为自己的支付　安全提供了一个有力的保障。同时用户本身需要加强安全防　范意识：不要轻信陌生人发来的二维码信息，遇到交易对方　有明显古怪行为的应当提高警惕，不要轻易相信电信运营商　（上接第４９页）　［２］梁春雷．基于安卓平台移动支付的应用和安全研究［Ｊ］．　电子世界，２０１４（１３）：１８．　［３］赵胜利．移动支付国际发展经验借鉴［Ｊ］．移动通信，２０１４　（７）１９—２４．　［４］刘慧、徐英江浅谈我国移动支付体系建设现状与发展　［Ｊ］．贵州农村金融，２０１２（１）：２３—２４．　［５］中国移动支付安全研究报告２０１４［Ｒ］．易观智库，２０１４．９．　作者简介：杨红，籍贯北京，讲师，北京信息职业技术学院　电子工程系教师，长期从事电子专业的实验实训教学。　位和识别目标以防范可能的袭击，还可通过定位友军部队和　无人驾驶车辆来协助进攻。战后我们也可以通过无线传感网　络对整个战场中的核污染、环境破坏进行评估。对部队在战　争中取得胜利避免不必要的牺牲起到至关重要的作用。　无线传感网络技术，预示着为战场上带来新的电子眼和　电子耳，“能够在未来几十年内变革战场环境”。　家庭应用　随着无线传感技术的进步，智能传感器节点安装在一些　家电和家居里，将为人们提供更加舒适、方便和更具人性化　的智能家居环境。实现智能家居家用自动化技术，如：智能　传感器节点启动器被内置于打印机、扫描仪、真空吸尘器、　微波炉、冰箱和录像机等家电或家具中。这些内置在家电或　家具里的传感器节点相互作用能通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或卫星构成　内部的网络。终端用户通过它们可以更容易的远程或本地管　理家用电器，了解它们提供的服务。这样就允许终端用户更　加容易地遥控家用产品，通过图像传感器设备随时监控家里　的安全。　５未来展望　无线传感网络将在未来有着十分广泛的应用，可以涉及　到人类生活的方方面面，所以目前很多国家的高校和研究机　构都开展了大量的研究工作，高校导师热衷于带领学生搞无　线网络技术，外面网络技术公司也开始渐渐生产更多的关于　无线网络产品对人类生活提供便利。随着今后信息技术的发　展，关于无线传感网络的若干关键问题都将被解决，其必将　对２　１世纪人类的生活产生重大的影响。我相信无线传感网　络技术将会是一个很热门很抢手的技术，值得大家走进这个　领域去研究，开展对人类生活影响深远的前科技研究，对国　家对社会也同样有很深远的意义。　参考文献　［ｉＩ《计算机网络》第五版，谢希仁　Ｅ２］《无线传感器网络》孙利民　［３］《无线传感网络技术与运用》陈林星　作者简介：龚亮涛（１９９３一），男，江西南昌人，华东交通大　学软件学院本科生，研究方向：通信，自动化。　２０１５年１期４９