第一篇：基于無線傳感器網絡的公園游客跟蹤系統設計

無線傳感網絡設計報告

題目 基于無線傳感器網絡的公園游客跟蹤系統設計

報告人

指導老師

二○一六年十二月 基于無線傳感器網絡的公園游客跟蹤系統設計

摘要：利用無線傳感器網絡對具有聲音特性的公園游客進行跟蹤的特點，研究了基于時延估[1][2][3]計的聲源定位方法。選擇廣義互相關法作為時延估計算法，并改進球形插值法用于聲源定位，從而減小了算法復雜度；設計了一個面向目標跟蹤的聲學無線傳感器網絡原型系統。利用所設計的原型系統能實現對移動的游客進行跟蹤，而且跟蹤精度較高。

關鍵詞：聲源定位； 目標跟蹤； 時延估計； 無線傳感網絡

1． 課程設計任務

本文擬采用基于時延估計的聲源定位方法，設計了一個游客定位與跟蹤系統。把在公園三個角作為基站，同時也作為參考節點。首先利用廣義互相關法，計算出目標到各個節點與參考節點之間的時延；然后根據時延，采用改進的球形插值法得出目標的方位；最后將該系統應用到一個移動的公園游客跟蹤實驗中。

1.1 課程設計題目

本課程設計關于游客跟蹤，擬采取配備聲音傳感器的傳感器網絡，對聲源進行定位及跟蹤。由于聲音傳感器具有體積小、成本低的優點，配備了聲音傳感器的傳感器網絡可以對跟蹤，尤其適合對處于電磁干擾區的低空或地面目標的定位[4]。并且目前，利用聲音傳感器網絡進行目標的定位與跟蹤是目前的一個研究熱點。在每一個節點上配置一個聲音傳感器，一個節點對可以計算出聲源的方位角，利用2個或多個節點對，根據三角法計算目標的位置；然后利用卡爾曼濾波估計聲源的運動趨勢，而選擇合適的節點集合計算聲源位置。但該方法計算聲源方位角時，需假設聲源符合遠場條件[5]。

1.2 設計的要求

為滿足對公園游客安全實施監控要求，防止游客（尤其是小孩子）丟失，所以設計一個基于無線傳感器網絡的公園游客跟蹤系統。在每一個進園游客身上佩戴一個傳感器，能夠根據環境自主完成目標監測、發現、識別、定位與跟蹤等任務。無線傳感器網絡(wireless sensor networks，WSN)是由大量具有感知、計算和無線通信能力的傳感器節點通過自組織方式構成的網絡。由于WSN具有隨機布設、自組織和隱蔽性強等特點，目前能夠廣泛應用于軍事、工業和商業等領域[6]。2． 關鍵技術及總體方案

2.1 無線傳感器網絡目標定位跟蹤原理

基于無線傳感器網絡的目標跟蹤通常包括偵測、定位和通知三個階段。1）偵測階段。在一個配備了聲音傳感器的無線傳感器網絡監測區域中，傳感器節點對聲音信息進行周期的采集。當游客進入某個區域時，某個傳感器節點發現聲音強度超過閾值，則喚醒其他節點處理突發事件，啟動目標定位與跟蹤任務。

2）定位階段。目標附近的節點被喚醒。被喚醒的節點利用基于聲音傳感器陣列的聲源定位技術對目標進行定位。

3）通知階段。當計算出目標位置之后，需喚醒其他節點，使其加入到跟蹤行李額。同時需把目標的位置信息發送到匯聚節點，匯聚節點對數據進行進一步的融合處理后將數據發送到指揮中心。就可以實時對游客的位置進行定位。

2.2 聲源定位于跟蹤方法研究

基于時延估計的聲源定位方法因其定位精度相對較高、實時性較強而成為近年來的研究熱點，而得到了廣泛的應用[7]。該方法主要分為時延估計和目標定位兩個主要步驟，如圖1所示。

傳感器節點接收聲源信號估計各節點與參考節點之間的聲源信號到達時間延遲利用時延數據進行聲源定位

圖1 基于時延估計的聲源定位方法示意圖

1）時延估計方法的研究

假設兩個聲音傳感器接收信號的離散事件信號模型為：

（1）式中，為聲源信號；和為互不相關的高斯白噪聲；和、也互不相關；和為聲波的衰減系數；和分別為聲波從生源到聲音傳感器1和聲音傳感器2的傳播時間，為兩個聲音傳感器間的時延。時延估計算法主要包括基本互相關法、廣義互相關法和最小均方差法（LMS）等[8]。

基本互相關法的主要特點是方法簡單，但該方法嘉定信號與噪聲及噪聲與噪聲之間均互不相關，這在某些情況下不一定能得到滿足，而且時延估計的精度較低。廣義互相關法在功率譜域對信號進行加權，突出相關的信號部分而抑制受噪聲干擾的部分，以便使相關函數在時延處的峰值更為明顯，從而在一定程度上提高了時延估計精度[9]。LMS法用一個通道的信號去逼近另一個，使系統的均方差達到最小，在收斂的情況下給出時延估計，它不需要輸入信噪比等先驗知識；但是LMS法是一個迭代學習過程，運算量要大于廣義互相關法，其估計精度隨濾波器長度增加而提高，及核算復雜度也隨之迅速增長，不適合跟蹤快速移動的聲源和對實時性要求較高的場合。

本文考慮到傳感器節點的性能，采用廣義互相關法。兩信號之間的廣義互相關法（GCC）函數為：

（2）

式中，為廣義互相關法加權函數；為接收信號、為互功率譜。

本文選擇的互功率譜相位（CSP）加權函數為廣義互相關加權函數。所加噪聲是均值為0的高斯白噪聲，采樣頻率為16KHz。

2.3 具體設計實施方案(基于時延估計的聲源定位方法)由廣義互相關法求得時延后，根據估計的時延值對生源進行定位。定位主要有目標函數空間搜索定位法和幾何定位法。目標函數空間搜索法計算量較大，實時性差，容易出現局部極值點，不適合應用于傳感器節點。幾何定位法分為線性插值法和球形插值法。線性插值法對聲音傳感器的擺放位置沒有嚴格的要求，但其計算量稍大。由于傳感器節點是素及分布的，因此，本文利用球形插值法進行目標定位，并在球形插值法的基礎上，對其進行改造，減少其運算量，降低算法復雜度[10]。球形插值法首先設定一個參考節點，求得其他節點相對參考節點的時延，然后根據時延和各節點的矢量位置得到一個誤差方程組，求其最小二乘解[11]。

設系統由N+1個配備了聲音傳感器的節點組成，分別位于處。不失一般性，設參考節點位于坐標原點，其位置矢量處。不失一般性，設參考節點位于坐標原點，其位置矢量，聲源位置矢量，各節點、聲源到源點的距離分別為和，各節點與參考節點到聲源的距離差用表示[12]。節點與聲源的幾何關系如圖2所示。由圖可知，節點與參考節點到聲源S的距離差為[13]：

（3）可得：

（4）即：

（5）

Z聲源sRs參考節點m0yRiRs+di節點mix

圖2傳感器節點-聲源幾何模型

由于是由延時估計得到的，所以存在一定的誤差，因此（5）式不為0，應為[14]：（6）（7）其中：

（8）

為減少一般球形插值法的運算量，將（7）式改寫為：

（9）其中：

（10）（11）當：

（12）

式（8）的均方差最小，即：

（13）

根據逆矩陣的定義，由式（10）可得：

（14）聲源的位置為：

（15）

式(9)中ATA始終是一個4×4的矩陣，整個式子求解所需的乘法和加法的數量不大，運算復雜度僅為O(N)，而一般球形插值法的運算復雜度為O()。當節點數量較多時，改進的球形插值法的運算復雜度將顯著小于球形插值法[15]。

3． 總結

目標定位與跟蹤是無線傳感器網絡的重要應用之一。本文在每個游客身上配置一個聲音傳感器，分析了無線傳感器網絡的目標定位和跟蹤原理，討論了時延估計方法和聲源定位方法。根據相關算法的性能，選擇CSP廣義互相關法作為時延估計算法，并改進了球形插值法用于聲源定位。利用公園的三點確立連接點，搭建了目標跟蹤原型系統，來對園區內的游客進行實時的定位和監控。實驗結果表明，利用廣義互相關法和改進的球形插值法進行目標跟蹤的精度較高。

4． 主要參考文獻

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Wireless Sensor Network Abstract：To track the target with acoustic characteristics in wireless sensor networks, the acoustic source localization algorithm based on time delay estimation is proposed.In this algorithm, the generalized cross correlation(GCC)is employed as the time delay estimation algorithm, and a revised spherical interpolation(RSI)algorithm is presented for acoustic source localization with a less computational complexity.Then a target tracking prototype system using IRIS sensor nodes is implemented.Experiment results demonstrate that the prototype system can effectively track the target and improve the target tracking precision.Keywords： Acoustic source localization;Target tracking;time delay estimation;wireless sensor networks

第二篇：基于無線傳感器網絡調光系統設計研究論文

1系統工作原理及結構設計

系統核心處理模塊基于CC2530開發設計，選用星型拓撲結構組建無線傳感器網絡，具有容量大、低成本和低功耗等特點，且相鄰兩個節點傳輸距離可達10～150m，完全滿足溫室內無線調光系統設計需求。其中，主控節點實現網絡構建、環境信息采集、數據處理分析、人機交互及調光命令下發等功能;驅動節點主要實現控制命令接收、數據解析及調光數據輸出等功能;植物LED執行器實現LED燈組調控及亮度輸出。主控節點采用全功能設備FFD(FullFunctionDe-vice)，具備網絡協調功能，可聯結其他FFD或精簡功能設備(RFD)，組建無線傳感器網絡，可雙向傳輸信息，具有協調作用;同時，根據系統設計要求，主控節點具有控制功能。電路設計增加環境光照與溫度信息采集模塊、人機交互模塊(即液晶顯示及按鍵)、工作指示燈、時鐘模塊以及復位模塊，分別完成數據采集、人機交互和復位等控制功能。驅動節點采用簡化功能設備RFD(ReducedFunc-tionDevice)與主控節點進行信息傳輸，同時完成控制命令輸出;植物LED執行器基于植物光合作用分析，選用中心波長為660nm、半波帶寬度為40nm的紅光LED，以及中心波長為450nm、半波帶寬度為40nm的藍光LED兩種特定波段LED作為光源，可根據驅動節點輸出不同的調光命令，實現不同配光比的光環境調節。

2系統硬件設計

2．1主控節點結構及硬件設計

主控節點主要負責構建及啟動網絡、網絡參數選擇、當前環境信息監測、控制方式選擇、計算調光值、調光命令下發、人機交互等功能，包括電源模塊、核心處理模塊、無線模塊。

2．1．1核心處理模塊

系統選用CC2530作為中央處理器，內含高性能低功耗8051微控制器，工作電壓3．3V，外設21個I/O口。其中，P1．0接入系統正常工作信號LED指示燈;P0．1接入手動按鈕;人機交互模塊電路為液晶分別與P0．0，P1．2，P1．5和P1．6連接，按鍵與P0．6和P2．0口連接;P0．2，P0．4，P0．5與時鐘芯片DS1302相連;P1．4口與溫度傳感器連接，P1．1和P1．3口與光照傳感器相連。具體電路根據CC2530芯片手冊設計開發，降低了開發難度。

2．1．2人機交互模塊

系統選用DB12864－16C作為液晶顯示，采用普通復位按鍵作為設備按鍵，在滿足系統工作要求的條件下，為節省I/O口使用，液晶與CC2530連接采用串行SPI方式進行通信，按鍵電路利用SN74HC32或門和LM358運放共同實現。具體電路根據SPI方式及運放典型電路開發設計。

2．1．3其他模塊

電源模塊采用5V適配器為主控節點供電。電源輸入后，經過降壓芯片ASM－1117典型電路為系統提供3．3V直流電壓。數據采集模塊包括環境溫度采集和光照采集兩種。其中，溫度采集選用DS18B20作為溫度傳感器和ISL29010作為光照傳感器，通過在光照傳感器上覆蓋紅藍光濾光片以及軟件修正，實現對光合作用有效波段監測。時鐘模塊根據DS1302芯片手冊中典型電路設計，可實現系統時間設制以及定時控制功能。同時，為滿足系統后期擴展需求，將剩余I/O口作為備用擴展口使用，以提高系統實際應用及二次開發能力。

2．2驅動節點及植物LED執行器設計

驅動節點屬于精簡功能設備，只完成調光控制命令接收與信號輸出功能，可減少外圍電路設計，降低了智能調光系統的成本。驅動節點包括核心處理模塊、無線接收模塊、電源模塊和繼電器模塊。具體電路為:P1．0連接紅光LED驅動電路，P1．1連接藍光LED驅動電路，P1．5連接紅光信號繼電器，P1．6連接藍光信號繼電器。LED執行器包括驅動模塊及紅藍光LED燈組，由24V電源供電。驅動模塊選擇PT4115驅動芯片，是一款連續電感電流導通模式的降壓恒流源，可用于驅動一顆或多顆LED串聯。LED燈組根據植物生長所需光環境由若干紅藍光LED按比例組成。

3系統軟件設計

本系統以IAR為軟件開發平臺，可以直接對Zig-Bee2007協議棧進行開發移植，生成高效可靠的可執行代碼，并對代碼進行調試。代碼采用C語言開發，不僅有利于軟件代碼的可讀性，而且能夠滿足對硬件功能的調試和控制，大大縮短了系統開發周期。系統軟件主要包括節點間數據傳輸和節點功能軟件兩個部分。節點數據傳輸過程:首先，通過主控節點進行信道掃描，選擇合適的信道組建網絡。在IEEEE802．15．4協議中，將2．4G頻段劃分16個信道，編號為11－26。本系統選擇默認值11信道。構建成功后，驅動節點以直接方式加入網絡，即驅動節點作為主控節點的子節點，由主控節點向驅動節點發送，作為其子設備命令。主控節點在網絡中起協調器作用，負責網絡構建。為確保系統安全可靠工作，系統采用分布式分配機制為每個節點分配自己的地址，主控節點在組網以后使用0x0000作為自己的短地址，在驅動執行節點加入系統網絡后，由主控設備隨機分配一個不重復的16位短地址作為自己唯一的地址來進行通訊。主控節點控制軟件包括兩類傳感器解析函數、計算決策程序、參數設定程序、液晶顯示程序和時鐘程序等子程序;驅動節點作為終端節點，在完成調光控制命令接收后，將控制信號輸出給繼電器和驅動電路;LED執行器根據調光控制命令實時調節紅藍光LED燈組狀態，實現溫室光環境的多種方式以及無線控制。

4運行結果

本設備已通過實驗測試，并應用于西北農林科技大學某實驗基地。試驗證明，系統可根據用戶實際需要實現手動控制、定時控制、閾值控制以及定量控制等多種控制方式調光，且所有控制命令均可采用無線傳輸方式進行準確傳輸。其中，在閾值控制方式下，主控節點可完成溫室實時溫度、紅藍光光強等環境因子檢測，并基于光合作用機理精確決策溫室作物實際需光量;驅動節點可穩定接收實際調光數據，并準確輸出給驅動電路和繼電器，LED執行器可根據控制命令準確調節LED燈組輸出狀態。

5結論

（1）本文設計了一種基于無線傳感器網絡的設施農業調光系統，可通過用戶實際需求選擇多種控制方式對溫室作物光環境進行無線調控。其中，閾值控制方式綜合考慮作物光合作用影響因素，根據溫室溫度、紅藍光光強等環境因子精確計算作物實際需光量，實現了溫室光環境的實時按需調節。

（2）系統結合溫室實際生產條件，采用無線傳感器網絡技術傳輸調光命令，有效降低了系統部署難度與維護成本;采用新一代LED光源，減少了生產成本，節約了能源。

（3）經過實際部署和運行證明，系統具有穩定性好、準確性高、部署簡單和能耗少等優點。

第三篇：無線傳感器網絡綜述(網安).

2008.2 80 網絡安全技術與應用 無線傳感器網絡綜述 唐啟濤

陶滔

南華大學計算機科學與技術學院

湖南

421001 摘要:本文介紹了無線傳感器網絡的概念、特點、通信結構及其安全需求,并對其應用過程中可能遇到的攻擊方式和相 應的抵御方法做了簡單介紹。指出了無線傳感器網絡今后的研究方向及最新研究動態。

關鍵詞:無線傳感器網絡;網絡協議棧;傳感器節點;多跳路由 0

引言

近年來隨著傳感器、計算機、無線通信及微機電等技術 的發展和相互融合,產生了無線傳感器網絡(WSN, wireless sensor networks。無線傳感器網絡技術與當今主流無線網絡 技術使用同一個標準——802.15.14, 它是一種新型的信息獲 取和處理技術。無線傳感網絡綜合了嵌入式計算技術、傳感 器技術、分布式信息處理技術以及通信技術,能夠協作地實時 監測、感知和采集網絡分布區域內的不同監測對象的信息。它的應用極其廣泛, 當前主要應用于國防軍事、智能建筑、國 家安全、環境監測、醫療衛生、家庭等方面。

無線傳感器網絡系統(WSNS, wireless sensor networks system通常由傳感器節點、聚節點和管理節點組成。它的結 構圖如圖1。傳感器節點負責將所監測的數據沿著其他傳感器 節點逐跳地進行傳輸, 經過多跳路由, 然后到達匯聚節點, 最 后通過衛星或者互聯網到達管理節點, 然后, 用戶1通過管理 節點對傳感器網絡進行管理, 發布監測任務及收集監測數據。通過無線傳感器網絡可以實現數據采集、數據融合、任務的 協同控制等。

圖

1無線傳感網絡系統結構圖 1

無線傳感器網絡特點

目前常見的無線網絡包括移動通信網、Ad Hoc 網絡、無 線局域網、藍牙網絡等,與這些網絡相比,無線傳感器網絡 具有以下特征:(1硬件資源有限

由于受到價格、硬件體積、功耗等的限制,WSN 節點的 信號處理能力、計算能力有限,在程序空間和內存空間上與 普通的計算機相比較,其功能更弱。

(2電源容量有限

由于受到硬件條件的限制,網絡節點通常由電池供電, 電池能量有限。同時,無線傳感網絡節點通常被放置在惡劣 環境或者無人區域,使用過程中,不能及時給電池充電或更 換電池。

(3無中心

無線傳感器網絡中沒有嚴格的中心節點,所有節點地位平等,是一個對等式網絡。每一個節點僅知道自己鄰近節點 的位置及相應標識,無線傳感器網絡利用相鄰節點之間的相 互協作來進行信號處理和通信,它具有很強的協作性。

(4自組織

網絡的布設和展開不需要依賴于任何預設的網絡設備, 節點通過分層協議和分布式算法協調各自的監控行為,節點 開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的無線網絡。

(5多跳路由

在無線傳感器網絡中,節點只能同它的鄰居直接通信。如果想與其射頻覆蓋范圍之外的節點進行數據通信,則需要 通過中間網絡節點進行路由。無線傳感器網絡中的多跳路由 是由普通網絡節點來完成的,沒有專門的路由設備。

(6動態拓撲

無線傳感器網絡是一個動態的網絡,節點能夠隨處移 動;一個節點可能會因為電池能量用完或其他故障原因,退 出網絡運行;一個節點也可能由于某種需要而被添加到當前 網絡中。這些都會使網絡的拓撲結構發生變化,因此無線傳

感器網絡具有動態拓撲組織功能。(7節點數量多,分布密集

為了對一個區域執行監測,往往需要很多的傳感器節點 被放置到該區域。傳感器節點分布非常密集,通常利用節點 之間高度連接性來保證系統的抗毀性和容錯性。

2無線傳感器網絡協議棧

無線傳感器網絡協議棧由以下五部分組成:物理層、數 據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層,與互聯網協議棧的五 層協議相對應,其結構如圖

2。

作者簡介:唐啟濤(1982-,男,南華大學計算機科學與技術學院 2006級碩士研究生,研究方向:計算機網

絡與信安全。陶滔(1969-,男,網絡教研室主任、副教授,碩士生導師,研究方向:計算機網絡安全。2008.2

網絡安全技術與應用 圖

2無線傳感器網絡協議棧 2.1物理層

物理層主要負責感知數據的收集,并對收集的數據進行 采樣、信號的發送和接收、信號的調制解調等任務。在物理 層中的主要安全問題是建立有效的數據加密機制。由于對稱 加密算法的局限性,它不能在 WSN 中很好的發揮作用,因而 如何使用高效的公鑰算法是 W S N 有待解決的問題。

2.數據鏈路層

數據鏈路層主要負責媒體接入控制和建立網絡節點之間 可靠通信鏈路,為鄰居節點提供可靠的通信通道,主要由介 質訪問控制層組成。介質訪問控制層使用載波監聽方式來與 鄰節點協調使用信道,一旦發生信道沖突,節點使用相應的 算法來確定重新傳輸數據的時機。無線傳感器網絡的介質訪 問控制協議通常采用基于預先規劃的機制來保護節點的能量。

2.3網絡層

網絡層的主要任務是發現和維護路由。正常情況下,無 線傳感器網絡中的大量傳感器節點分布在一個區域里,消息 可能需要經過多個節點才能到達目的地,且由于傳感器網絡 的動態性,使得每個節點都需要具有路由的功能。節點一般 采用多跳路由連接信源和信宿。

2.4傳輸層

由于無線傳感器網絡節點的硬件限制,節點無法維持端到 端連接的大量信息傳輸,而且節點發送應答消息也會消耗大量 能量,因而,目前還沒有成熟的關于傳感器節點上的傳輸層 協議的研究。匯聚節點只是傳感器網絡與外部網絡的接口。

2.5應用層

應用層主要負責為無線傳感器網絡提供安全支持,即實 現密鑰管理和安全組播。無線傳感器網絡的應用十分廣泛, 其中一些重要的應用領域有:軍事方面,無線傳感器網絡可 以布置在敵方的陣地上,用來收集敵方一些重要目標信息, 并跟蹤敵方的軍事動向:環境檢測方面,無線傳感器網絡能 夠用來檢測空氣的質量,并跟蹤污染源;民用方面,無線傳 感器網絡也可用來構建智能家居和個人健康等系統。

3安全性需求

基于無線傳感器網絡的特殊性,形成了與其他網絡系統不 同的網絡安全特性, 并能直接應用到實際的無線傳感網絡中。歸納為以下幾個方面: 3.1魯棒性

傳感器網絡一般被放置在惡劣環境、無人區域或敵方陣 地中,環境條件、現實威脅和當前任務具有不確定性,它需 要設計具有抵抗節點故障的機制。一種常用方法是部署大量 節點。網絡協議應該具有識別發生故障的相鄰節點的能力, 并根據更新的拓撲進行相應的調節。

3.2擴展性

WSN 節點會隨著環境條件的變化或惡意攻擊或任務的變 化而發生變化,從而影響傳感器網絡的結構。同時,節點的 加入或失效也會導致網絡的拓撲結構不斷變化,路由組網協 議和 W S N S 必須適應 W S N 拓撲結構變化的特點。

3.3機密性

傳感器網絡在數據傳輸過程中,應該保證不泄露任何敏 感信息。應用中,通過密鑰管理協議建立的秘密密鑰和其他 的機密信息,必須保證只對授權用戶公開。同時,也應將因 密鑰泄露造成的影響盡可能控制在一個較小范圍,不影響整 個網絡的安全。解決數據機密性的常用方法是使用會話密鑰 來加密待傳遞的消息。

3.4數據認證

由于敵方能夠很容易侵入信息, 接收方從安全角度考慮, 有必要確定數據的正確來源。數據認證可以分為兩種,即兩 部分單一通信和廣播通信。

3.5數據完整性

在網絡通信中,數據的完整性用來確保數據在傳輸過程 中不被敵方所修改,可以檢查接收數據是否被篡改。根據不 同的數據種類,數據完整性可分為三類:選域完整性、無連 接完整性和連接完整性業務。

3.6

數據更新

表示數據是最新的,是沒有被敵手侵入過的舊信息。網絡 中有弱更新和強更新兩種類型的更新。弱更新用于提供局部 信息排序,它不支持延時消息;強更新要求提供完整的次序, 并且允許延時估計。

3.7

可用性

它要求 WSN 能夠按預先設定的工作方式向合法的系統用 戶提供信息訪問服務,然而,攻擊者可以通過信號干擾、偽 造或者復制等方式使傳感器網絡處于部分或全部癱瘓狀態, 從而破壞系統的可用性。

3.8

訪問控制

W S N 不能通過設置防火墻進行訪問過濾;由于硬件受 限, 也不能采用非對稱加密體制的數字簽名和公鑰證書機制。WSN 必須建立一套符合自身特點的、綜合考慮性能、效率和 安全性的訪問控制機制。

4攻擊方式及采取的相應措施

無線傳感網絡可能遭遇多種攻擊。攻擊者可以直接從物

2008.2 82 網絡安全技術與應用 理上將其破壞。另一方面,攻擊者可以通過操縱數據或路由 協議報文,在更大范圍內對無線傳感網絡進行破壞。具體的 攻擊類別如下: 4.1欺騙、篡改或重發路由信息

攻擊者通過向 WSN 中注入大量欺騙路由報文,或者截取 并篡改路由報文,把自己偽裝成發送路由請求的基站節點, 使全網范圍內的報文傳輸被吸引到某一區域內,致使各傳感 器節點之間能效失衡。對于這種攻擊方式的攻擊,通常采用 數據加密技術抵御。

4.2選擇轉發攻擊

攻擊者在俘獲傳感器節點后,丟棄需要轉發的報文。為 了避免識破攻擊點,通常情況下,攻擊者只選擇丟棄一部分 應轉發的報文,從而迷惑鄰居傳感節點。通常采用多路徑路 由選擇方法抵御選擇性轉發攻擊。

4.3DoS拒絕服務攻擊

攻擊者通過以不同的身份連續向某一鄰居節點發送路由 或數據請求報文,使該鄰居節點不停的分配資源以維持一個 新的連接。對于這種攻擊方式,可以采用驗證廣播和泛洪予 以抵御。

4.4污水池攻擊

攻擊點在基站和攻擊點之間形成單跳路由或是比其他節 點更快到達基站的路由,以此吸引附近的傳感器以其為父節 點向基站轉發數據。污水池攻擊“調度”了網絡數據報文的 傳輸流向,破壞了網絡負載平衡。可以采用基于地理位置的 路由選擇協議抵御污水池攻擊。

4.5告知收到欺騙攻擊

當攻擊點偵聽到某個鄰居節點處于將失效狀態時,冒充 該鄰居節點向源節點反饋一個信息報文, 告知數據已被接受。使發往該鄰居節點的數據報文相當于進了“黑洞”。可以調控 全球知識以抵御告知收到欺騙。

4.6

女巫攻擊

攻擊點偽裝成具有多個身份標識的節點。當通過該節點 的一條路由破壞時,網絡會選擇另一條完全不同的路由,由 于該節點的多重身份,該路由可能又通過了該攻擊點。它降 低了多經選路的效果。針對這種攻擊方式,可以采用鑒別技 術抵御。

5今后的研究方向

目前,有關傳感器網絡的研究還處于初步階段,由于無 線傳感網絡的體系結構和模型沒有形成最后的標準,無線傳 感器網絡安全研究方面還面臨著許多不確定的因素,對于 W S N 而言,仍然存在著如下有待進一步研究的問題。

5.1安全的異常檢測和節點廢除

在傳感器網絡中,由于被盜用節點對網絡非常有害,因 而希望能即時檢測和廢除被盜用節點。Chan 提出使用分布式

投票系統來解決這個問題。5.2

安全路由

安全的路由協議應允許在有不利活動的情況下,繼續保 持網絡的正常通信。傳感器網絡中的許多類型的攻擊方式的 抵御可以通過提高路由的安全設計來實現。如何設計一種高 效、安全的路由有待進一步的研究。

5.有效的加密原語

Perrig 提出了 SPINS 協議族, 通過該協議, 使用有效的 塊加密,對于不同塊進行不同的加密操作。Karlof

設計了 TinySec,在效率與安全性之間折中。在密鑰建立和數字簽名 時,如何使用有效的非對稱加密機制,是一個值得進一步研 究的方向。

5.4入侵檢測問題

在數據認證和源認證之前,有必要設計相應的方案來確 認通信方是不是惡意節點。目前有些無線傳感網絡都是假設 網絡節點具有全網惟一標識,這其實是不符合現實的。

5.5傳感器安全方案和技術方案的有機結合

根據 W S N 的特點,其安全解決方案不能設計得過于復 雜,并盡可能的避免使用公鑰算法。如何在不明顯增加網絡 開銷的情況下,使性能和效率達到最佳,并設計出相應的協 議和算法有待于進一步的研究。

5.6

管理和維護節點的密鑰數據庫

在傳感器網絡中,每個節點需要維護和保持一個密鑰數據 庫。在網絡節點存儲能力有限的情況下, 如何保證密鑰建立、撤 消和更新等階段動態地維護和管理數據庫需要進一步的研究。

6總結

無線傳感器網絡在軍事和民用領域都有著廣泛的潛在用 途,是當前技術研究的熱點。本文從無線傳感器網絡的特點、無線傳感網絡的協議棧、安全需求、可能受到的安全攻擊及 相應的防御方法及今后有待進一步研究的問題等方面對目前 國內外開展的研究進行了較為系統的總結,有助于了解當前無 線傳感器網絡研究進展及現狀。

參考文獻

[1]Prtra JC,PalR N.A functional link artificial neural network foradaptive c hannel e qualization[J].Signal P rocessing.1995.[2]PasqualeArpaia,Pasquale Daponte,DomcaicoGrmi ald,i et a.l ANN-Based Error Reduction for Expermi entally Modeled Sensors [J].IEEE Trans.on Instrumentation andMeasurement.2002.[3]徐麗娜.神經網絡控制[M].哈爾濱:哈爾濱

工業大學出版社.1999.[4]遺傳算法結合FANN實現加速度傳感器動態特性補償[J].計 量學報.2005.[5]郎為民,楊宗凱,吳世忠,譚運猛.無線傳感器網絡安全研究.計 算機科學.2005.

第四篇：無線傳感器網絡實驗報告

桂林電子科技大學

實驗報告

2015 5--2016 6 學年第 一 學期

開 課 單 位

海洋信息工程學院

適用年級、專業

課 程 名 稱

無線傳感器網絡

主 講 教 師

王曉瑩

課 程 序 號

1510344

課 程 代 碼

BS1620009X0

實 驗 名 稱

ns2 實驗環境配置及應用

實 驗 學 時學時

學

號

姓

名

一、

實驗目的1)掌握虛擬機的安裝方法。

2)熟悉 Ubuntu 系統的基本操作方法。

3)掌握 ns2 環境配置。

4)掌握 tcl 語言的基本語句及編程規則。

5)了解使用 ns2 進行網絡仿真的過程。

二、

實驗環境

1)系統：Windows 10 專業版 64 位 2)內存：8G 3)軟件：VMware Workstation 12 Pro 三、實驗內容

((一 一))安裝虛擬機（簡述安裝步驟）

a)在 VMware 官網（https://#allinone 復制到根目錄，解壓到當前位置 tar xvfz ns-allinone-2.35.tar.gz

在根目錄下打開 ns-allinone-2.35 文件夾，在里面找到 ns-2.35 打開找 linkstate文 件 夾，打 開 里 面 的 ls.h 文 件，將 第 137 行 的 void eraseAll(){ erase(baseMap::begin(), baseMap::end());} 改成 void eraseAll(){ this->erase(baseMap::begin(), baseMap::end());}

運行 cd./ns-allinone-2.35 運行./install #進行安裝

d)設置環 境變量：

終端中輸入 cd，返回根目錄，然后

sudo gedit.bashrc 在文件末尾加入：

export PATH=“$PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35/bin:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/unix:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tk8.5.10/unix” export LD_LIBRARY_PATH=“$LD_LIBRARY_PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35ns-allinone-2.35/otcl-1.14:/home/kevin/ns-allinone-2.35/lib” export TCL_LIBRARY=“$TCL_LIBRARY:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/library” 保存退出

e)驗證 完成后在新終端窗口 輸入 ns 出現%

測試：

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl

輸入 exit 退出 ns2

((四 四))l tcl 語言基本使用（舉例說明）

a)創建 test01.tcl 文件，編輯 test01.tcl 文件,在終端輸入 touch test01.tcl #創建文件 gedit test01.tcl #編輯文件 b)在 test01.tcl 中輸入“九九乘法表”TCL 語言

c)運行 test01.tcl，結果如圖：

((五 五))網絡仿真（可以選示例，也可以自己參考資料設計仿真）

((六 六))遇到的問題及解決方法

1.Ns2 驗證：安裝完成后在新終端窗口 輸入 ns 不出現 %

使用 sudo apt-get install ns2 安裝后新窗口輸入 ns 出現 %

2.TCL 語言測試：找不到 tk.tcl

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl 提示找不到 tk.tcl，因為沒安裝 nam，輸入命令 sudo apt-get install nam 安裝成功，再驗證就可以了。

四、

實驗總結

通過本次實驗，熟悉掌握了虛擬機 VMware Workstation Pro 的安裝與系統創建安裝使用，熟悉掌握 Ubuntu 系統的基本命令操作，掌握 ns2 環境配置，掌握 tcl 語言的基本語句及編程規則，了解但還尚未能掌握使用 ns2進行網絡仿真的操作。相信之后通過理論與實踐更深的了解熟悉網絡仿真的知識與操作。

第五篇：無線傳感器網絡實驗感想

無線傳感實驗感想

本次實驗我們進行的是無線傳感器網絡綜合實驗。在實驗中，我們小組成員學習了無線傳輸的基本原理，合作完成實驗系統的安裝、調試與數據分析，在這一過程中我受益良多。

無線傳感器網絡系統是基于ZigBee技術。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

現在無線傳感網絡技術廣泛用于很多方面，如農業物聯網、工業自動化以及智能家居等。無線傳感的使用使傳感器和自動化技術得到了空前的發展，并給人們的生活帶來了很大的便利。

我們平時的實驗課更多注重對理論的驗證，但是沒有創新性和自主研發性，雖然這次的實驗我們大部分也是照著實驗說明書進行連接、燒錄程序、演示等，但是此次的實驗增加了我對電子設計的濃厚興趣。只要有興趣，我相信化興趣為動力，我肯定能更加努力加強電子專業的學習，努力提高專業素養。

當然實驗中還有注重團隊的協作，我們分工明確，合作愉快，因此更快、更好地完成了實驗。現在的項目工程，憑一己之力幾乎不可能完成，所以企業也十分注重員工的團隊意識，我們想要進入好的企業，對這塊不能等閑視之，必須加以重視。

最后，通過這次的傳感器技術實驗我不但對理論知識有了更加深的理解，對于實際的操作和也有了質的飛躍。經過這次的實驗，我們整體對各個方面都得到了不少的提高，希望以后學校和系里能夠開設更多類似的實驗，能夠讓我們得到更好的鍛煉。