WSN Overview

  
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點(sensor node )組成,通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統,其目的是協作地感知、採集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息,併發送給觀察者。此種網絡中一般也有一個或幾個基站(稱作sink)用來集中從小型傳感器收集的數據。
 
傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。
Sensor Node是一種非常小型的計算機,一般由以下幾部分組成:
1
.處理器和內存(一般能力都比較有限)。
2
.各類傳感器(溫度、溼度、聲音、加速度、全球定位等)。
3
.通訊設備(一般是無線電收發器或光學通信設備)。
4
.電池(一般是乾電池,也有使用太陽能電池的)。
5
.其他設備,包括各種特定用途的芯片,串行並行接口等(USBRS232)。
傳感器很多時候被佈置在近地環境中,地波吸收現象不能被忽視,並且高密度佈置的傳感器網絡中的多用戶接口也造成了很高的誤比特率,傳輸模型更偏向於分層次模型(多對一傳輸)。
關鍵問題:
網絡安全協議問題
1信息被非法用戶截獲;
2一個節點遭破壞
3識別僞節點;
4如何向已有傳感器網絡添加合法的節點。
idea1:有安全意識的路由”(SAR),其思想是找出真實值和節點之間的關係,然後利用這些真實值去生成安全的路由。假設兩個軍官利用按需距離矢量路由(Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing,AODV)協議通過ad hoc網絡來通信,他們的通信基於Bell-La安全模型(PadulaBell-La Padula Confidentiality Model)[2],這種模型中,當節點的安全等級達不到要求時,其就會自動的從路由選擇中退出以保證整個網絡的路由安全,可以通過多徑路由算法改善系統的穩健性(robustness),數據包通過路由選擇算法在多徑路徑中向前傳送,在接收端內通過前向糾錯技術得到重建。網狀多徑路由協議。此協議中應用了選擇性向前傳送數據包和端到端的前向糾錯解碼技術,配合適合傳感器網絡的網狀多徑搜索機制,能減少信號開支(signaling overhead),簡化節點數據庫,增大系統的吞吐量,相對數據包複製或者有限泛洪法來說,這種方法消耗更少的系統資源(比如信道帶寬和電能)
idea2:每個節點和基站分享一個唯一的64位密匙Keyj和一個公共的密匙KeyBS,當節點和基站距離超出了預定距離時,網絡會在節點和基站之間選擇一個節點作爲媒介節點進行接力;發送端會對數據進行加密,接收端接收到數據後根據數據中的地址選擇相應的密匙對數據進行解密。這種雙加密方式可以防止暴露節點數目和地址,也可以防止數據被非法截獲,即使個別節點被破譯,也只有它自己的密匙泄漏,整個網絡仍然可以正常工作。
大規模傳感器網絡中的節點移動性管理
實質上就是沒有無線基礎設施的無線傳感器網絡中的節點查詢問題。
基於一種所有節點都已知的網絡網格圖。節點使用位置服務器保存它們的位置,並用一種基於ID號的算法去更新它們的位置,當節點尋找指定ID號的節點位置時,也用這種算法去服務器尋找目標節點的位置。對於知道網絡的網格圖和它們自己的位置並且知道目標節點的ID號的節點,這種方法是一個好方法。
大規模移動傳感器網絡的查詢方法,這種方法借用了小世界(small worlds)的概念,利用節點的移動性去提高查詢效率,並引入了關聯(contacts)的概念。其工作原理是首先在相鄰節點間建立關聯,當它們移動時,再關聯新的相鄰節點,這樣提高了查詢的效率。與傳統的路由查詢方式不同,這種設計基本目標不是去優化路由或者響應延時,而是去減少通信的系統開銷,這一點在能量受限的環境中非常重要,特別是對於傳感器數量衆多的網絡中的一次性查詢(通信的生存時間很短)。文中給出的協議是可升級的(scalable)、自動配置的,非常適應節點的移動性要求。仿真結果顯示它比邊緣泛洪法提高效率60-70%,比泛洪法提高效率80-90%,比擴展環搜索法則有更大的改善。
以及能源及功耗問題。
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