無線傳感網絡在物聯(lián)網技術中的意義與應用

1、無線傳感網絡在物聯(lián)網技術中的意義與應用2009 年在無錫成立“感知中國”中心，并且，目前針對物聯(lián)網的國家物聯(lián)網 “十五” 發(fā)展規(guī)劃 也正在制定過程中， 進一步確定了物聯(lián)網技術在新興科技領 域中的重要位 置。而無線傳感器網絡作為物聯(lián)網中的核心產業(yè)， 也需要更多的關 注與研究，以促進物 聯(lián)網的發(fā)展，使得物聯(lián)網成為新的全球經濟增長點。隨著社會和現代技術發(fā)展， 物聯(lián)網的而超悄然而至， 得到了很多國家和人民 的關 注。物聯(lián)網是基于現在已有的互聯(lián)網而發(fā)展起來的， 它除了融合網絡、 RFID 技術、信息 技術，還引入了無線傳感器技術，使得 M 2M 型物聯(lián)網有了更深的發(fā) 展。而且無線傳感技 術結合了嵌入式系

2、統(tǒng)技術， 傳感器技術， 現代網絡以及無線 通信技術，所以它本身也是 一個熱點的研究領域。無線傳感器網絡和物聯(lián)網的簡介物聯(lián)網技術目前正在全球范圍內引發(fā)新一輪的產業(yè)革命， 成為推動經濟社會 發(fā)展的 重要力量。典型的物聯(lián)網系統(tǒng)一般分為三層：應用層、網絡層和感知層。 其中由大量的傳 感設備組成了感知層網絡， 定義為無線自組傳感器網絡， 無線傳感器網絡（WSN, wireless sensornetwor" 是由大量的靜止或移動的傳感器以自 組織和多 跳的方式構成的無線網絡， 以協(xié)作地感知、 采集、處理和傳輸網絡覆蓋 地理區(qū)域內被感 知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網絡的所有者。1.1 無

3、線傳感器網絡無線傳感器網絡（WSN, wireless sensornetworkA 是由部署在監(jiān)測區(qū)域內的 大量廉 價微型傳感器節(jié)點組成， 是采用無線通信的方式形成的一個多跳自組織網 絡系統(tǒng)，能夠 通過集成化的微型傳感器，協(xié)同地實時監(jiān)測、感知、采集和處理網 絡覆蓋區(qū)域中各種感知 對象的信息， 并對信息資料進行處理， 再通過無線通信方 式發(fā)送，并以自組多跳網絡方 式傳送給信息用戶， 以此實現數據收集、 目標跟蹤以及報警監(jiān)控等各種功能。 目前， 傳感器信息獲取技術逐漸向集成化、 微型化和網絡化方向發(fā)展， 其智能化的發(fā)展將會帶 來一場信息革命。 無線傳感器絡技術綜 合了傳感器技術、 嵌入式計算技術

4、、 現代網絡 及無線通信技術、 分布式信息處理 技等先進技術，該技術具備的感知能力、計算能力、 通信能力，給更多的 WSN 應用空間和應用價值提供了可能性，是物聯(lián)網當前研究開發(fā)的 熱點之一。WSN 的發(fā)展歷程無線傳感器網絡是新興的下一代傳感器網絡。 最早的代表性論述出現。 1999 年， 題為“傳感器走向無線時代”。隨后在美國的移動計算和網絡國際會議上，提出了無線傳感器網絡是下一個世紀面臨的發(fā)展機遇。 2003 年，美國技術評 論雜志論述未來新興 十大技術時， 無線傳感器網絡被列為第一項未來新興技術。同年，美國商業(yè)周刊未來技術專版，論述四大新技術時，無線傳感器網絡也列入其中。美國今日防務雜志更

5、認為無線傳感器網絡的應用和發(fā)展，將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰(zhàn)爭的變革。2004年IEEE Spectrum雜志發(fā) 表一期專集：傳感器的國度，論述無線傳感器網絡的發(fā)展和可能的廣泛應用。可以預計，無線傳感器網絡的發(fā)展和廣泛應用，將對人們的社會生活和產業(yè)變革帶來極大的影響和產生巨大的推動。無線傳感器網絡是從傳感器網絡開始的，傳感 器網絡經歷了如圖一所示的發(fā)展歷程。第一代傳感器網絡出現在 20世紀70年代，使用具有簡單信息信號獲取能力的傳統(tǒng)傳感器，采用點對點傳輸、連接傳感控制器構成傳感器網絡；第二代傳感 器網絡，具有獲取多種信息信號的綜合能力，采用串，并接口 （ R8-232、RS-485）

6、與傳感控制器相聯(lián)，構成有綜合多種信息的傳感器網絡；第三代傳感器網絡出現在20世紀90年代后期和本世紀初，用具有智能獲取多種信息信號的傳感器，采用現場總線連接傳感控制器，構成局域網絡，成為智能化傳感器網絡；第四代傳感器網絡正在研究開發(fā)，目前成形并大量投入使用的產品還沒有出現，用大量的 具有多功能多信息信號獲取能力的傳感器，采用自組織無線接入網絡，與傳感器網絡控制器連接，構成無線傳感器網絡。本文所介紹的無圖一傳感器的發(fā)展歷程1.2物聯(lián)網物聯(lián)網（IOT,internet of things ）顧名思義就是物物相連。目前較為認可的物聯(lián)網定義為：物聯(lián)網是通過射頻識別（RFID ）、紅外感應器、全球定位系

7、統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理另外，物聯(lián)網可以理解為通過“泛在網絡”實現“泛在服務”，基于個人和社會的各種需求，通過融合前沿智能技術，實現人與人、人與物、物與物之間所需要的信息采集、傳遞、存儲、加工處理、決策使用等綜合服務，是一種更加廣泛深遠的未來網絡應用形態(tài)。物聯(lián)網最為明顯的 特征是物物相連，信息可以自動化處理，無需人為操作，所以效率極高，降低了人為因素引發(fā)的不穩(wěn)定性。因此，物聯(lián)網在各個行業(yè)中的應用潛力非常巨大，應 用領域也非常廣泛，發(fā)揮了極大的價值作用，而且物聯(lián)網將與互聯(lián)網有效地整合起來，實現人類社會與物理系統(tǒng)的整

8、合。云計算平臺物聯(lián)網管理中心 物聯(lián)網信息中心 行業(yè)專家系統(tǒng)2G網絡3G網絡4G網絡傳感器網關傳感器網絡圖二物聯(lián)網結構圖RFI既寫器RFIHS 備M2M終端衿感器在備網絡層感知層1.3物聯(lián)網多參量協(xié)同感知應用以物聯(lián)網系統(tǒng)中配網線路監(jiān)測為例，物聯(lián)網示范應用系統(tǒng)已將13種傳感器 分別應用于配網運行管理中，實現了配網設備溫度、環(huán)境運行溫濕度、環(huán)網柜水浸、門開關、桿塔傾斜、線路故障電流、電纜屏蔽層電流、變壓器中心點電流、變壓器噪聲等多參量的狀態(tài)、故障及防盜在線監(jiān)測。監(jiān)測的配網設備覆蓋種類廣，包括配網線路、配電變壓器、斷路器、隔離開關、環(huán)網柜、分支箱、箱式變等。由于電力系統(tǒng)中存在大量不確定的潛伏性故障，特

9、別是在比較復雜的配電網 絡，由于其運行線路復雜，線路故障情況多樣，給檢修人員進行故障定位提供了困難。從目前單一監(jiān)測量往往很難診斷故障做出正確定位，甚至會出現“虛警”現象，給維護人員帶來不必要的麻煩。因此需要采用上述的多傳感器融合方式，綜合分析各監(jiān)測內容，通過主站數據控制中心對各個傳感器裝置上傳的數據進行計算處理，按照相應的處理計算公式，得到更為準確的判斷值。特意選取了物聯(lián)網示范應用項目中幾個多傳感器參量協(xié)同監(jiān)測的應用示例：對配電變壓器運行協(xié)同監(jiān)測：通過在配電變壓器上安裝配變綜測骨干節(jié)點、 無線溫度傳感器、無線噪 聲傳感器實現變壓器的多參量協(xié)同監(jiān)測， 可以監(jiān)測變壓器低壓側電流、 電壓、變 壓器運

10、 行溫度、運行噪聲以及變壓器所在桿塔的傾斜度等， 當變壓器出現故障時 先進行電流的分 析，如果電流比較大，那變壓器的溫度一定高，噪聲也會變大， 如果電流不變，再進行溫 度的分析，溫度升高，可能是電纜接觸不良等原因造成， 噪聲也會變大。1.4 物聯(lián)網無線傳感器網絡多傳感器數據融合（ 1） 數據融合理論 無線傳感網絡中的傳感器將采集到的數據傳輸給數據服務中心， 數據服務中 心需要將這些數據進行相應的處理，再將處理后的數據發(fā)送給各業(yè)務系統(tǒng)進行使 用，因此對這些多傳感器感知信息的融合技術是多參量協(xié)同監(jiān)測的理論依據。多傳感器融合技術的基本原理就像人腦綜合處理信息的過程一樣， 個傳感器資源，通過對各種傳感

11、器及其觀測信息的合理支配與使用， 器在空間和時間上的互補與冗余信息依據某種優(yōu)化準則組合起來，它充分地利用多將各種傳感產生對觀測環(huán)境的一致性解釋和描述。信息融合的目標是基于各傳感器分離觀測信息，通過對 信息的優(yōu)化組合導出更多的有效信息。它的最終目的是利用多個傳感器共同或聯(lián) 提高整個傳感器系統(tǒng)的有效性。目前，比較常用的多傳感器融合方法有：卡爾曼濾波，貝葉斯估計，合操作的優(yōu)勢，來D S 推 理，聚類分析法，而近年來隨著神經傳感網絡技術的發(fā)展， 其最新研究也逐步運 用在多傳感器信 息融合上。多傳感器融合技術的應用非常廣泛，主要應用在軍事 和民用兩個領域，軍事應 用是多傳感器信息融合技術誕生的源泉， 具

12、體應用包括 海洋監(jiān)視系統(tǒng)，空對空或地對空防 御系統(tǒng)，戰(zhàn)場情報、防御、目標獲取，戰(zhàn)略預 警和防御系統(tǒng)。而民用領域主要是用于機器 人、智能制造、智能交通、無損檢測、 環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、遙感等。（ 2） 物聯(lián)網數據融合體系架構及方法傳感器信息融合體系目前大致分為三 種：分布式，集中式和混合式。每種體系的區(qū)別僅在于對數據的處理的位置。分布式的結構主要是對已經進行預處理的數據在信息融合中心進行智能組合，從而得到最終的結果，集中式則與其相反，數據的處理都是單獨進行上傳，全部集中在數據處理中心進行融合，對處理器要求較高。混合式多傳感器信息融合體系框架中，部分傳感器采用集中式融合技術， 剩余的傳感器采用分布

13、式融合方式。 這 樣的數據處理體系具有較 強的適應能力， 兼顧了兩種融合體系的優(yōu)點，但是也相 對比較復雜。物聯(lián)網系統(tǒng)的數據融 合采用了混合式的數據融合方式， 同時對于數 據的傳輸模型提出了電子表單 TEDS 的概念，物聯(lián)網系統(tǒng)中通過電子表單，對傳 感器數據 進行統(tǒng)一封裝和解析，目前物聯(lián)網中的 TEDS 機構采用圖三的方式。黑搐應用處理晉(NCAf 1IEEE145 I通用對數IEEE1451.0逋用TEPS寥勢數年VIEEEM51 <TEDSTEDS住送羈TE(>S變4,T&DSN iA1EEE145L5/點對點h<JLkL145l.2、幷托式”紅搖HilKHilM)

14、無線變送 器撥門稅圖三無線通信協(xié)議相關的 TEDS二、無線傳感器網絡在物聯(lián)網領域中的應用物聯(lián)網是由感知層、網絡層和應用層構成的層次體系。感知層主要涉及到RFID、傳感器、二維碼等機器設備，然后通過電信網和互聯(lián)網的融合網絡層，及時準確地傳遞物體基本信息，在應用平臺上，利用各種先進智能技術對信息資料進行分析處理，以便對物體進行智能控制。如圖 1所示，傳感器在基礎感知層，負責對物體信息的采集和抓取，這一功能對于物聯(lián)網技術的發(fā)展和應用，起著至關重要的支撐作用。2.1無線傳感器網絡在軍事領域中的應用無線傳感器網絡的可快速隨機部署、可自組織、隱蔽性強、高容錯性等特點，使得傳感器節(jié)點在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中發(fā)揮極

15、大的作用。在軍事領域應用方面，結合無線傳感器技術思想，將大量廉價傳感器節(jié)點，通過飛機或火炮等發(fā)射裝置，按照一定的密度投放到待監(jiān)測區(qū)域內，對節(jié)點周邊環(huán)境的各種參數，如溫度、濕度、聲音、磁場等信息進行采集，然后由傳感器自組織網絡，通過網關、互聯(lián)網、衛(wèi)星等通訊方式，傳回信息中心，實時監(jiān)控敵軍兵力與裝備，實時監(jiān)視沖突區(qū)，進行目標定位，戰(zhàn)場評估，并實現各種攻擊的監(jiān)測和搜索等功能，有效地提高軍 隊的作戰(zhàn)決策能力。2.2無線傳感器網絡在工業(yè)領域中的應用無線傳感器網絡在工業(yè)領域中的應用比較廣泛，比如工業(yè)安全、先進制造、交通控制管理、安防系統(tǒng)、倉儲物流管理等領域，其中工業(yè)安全領域的應用研究已日趨壯大。在計算機技

16、術、無線通信技術、微電子技術和網絡技術發(fā)展的推動下，工業(yè)通信技術正朝著智能化和網絡化的方向不斷發(fā)展。目前，隨著測控系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，煤礦、石化、核電等行業(yè)對工作人員安全及易燃、易爆、有毒物質的監(jiān)測成本非常昂貴。 其中，煤炭行業(yè)對先進的井下安全生產保障系統(tǒng)的需 求日漸巨 大。因此，降低投資和使用成本成為工業(yè)通信技術發(fā)展新階段的迫切要求。而無線傳感器網絡的成本低廉、方便簡捷、泛在感知等特點可以滿足工業(yè)通 信領域的多個要求。對傳 感器節(jié)點經防爆處理和技術優(yōu)化后， 用于危險的工作環(huán) 境，實時全面地監(jiān)控員工安全及工業(yè)全流程， 及時獲取險惡工作環(huán)境下工作現場 的員工基本情況、 工作環(huán)境狀況以及其它 無法

17、在線監(jiān)測的重要工業(yè)過程參數， 并 在此基礎上， 優(yōu)化控制工業(yè)流程， 提高產品質 量， 降低工業(yè)生產過程中的各種安 全事故，達到國家指定的安全生產目標。2.3 無線傳感器網絡在農業(yè)領域中的應用農業(yè)作為中國發(fā)展經濟的一大基礎， 促進其優(yōu)質高產將產生重大的意義。 無 線傳感 器網絡的通信簡便、 部署簡捷、 可密集分布等優(yōu)勢， 可以充分地發(fā)揮在農 業(yè)生產領域 中， 用以監(jiān)測土壤環(huán)境狀況、 農作物灌溉及生長情況、 牲畜和家禽的 環(huán)境狀況以及大面 積的地表特征檢測。再結合目前成熟的互聯(lián)網技術、 GPS 技 術，可以構建能動態(tài)實時管 理的系統(tǒng)平臺。 例如英特爾公司在俄勒岡建立的世界 上第一個無線葡萄園， 通

18、過無線傳 感器監(jiān)測葡萄生長環(huán)境中得各種因素， 并分析 葡萄質量與各種影響因素之間的關系，是典 型的精準農業(yè)、智能耕種的實例。在國內，在“九五”計劃中， “工廠高效農業(yè)工程”把智能傳感器和傳感器 網絡化 的研制列為國家重點項目， 可以看出無線傳感器網絡在農業(yè)領域中的重要 作用和意義。2.4 無線傳感器網絡在醫(yī)療護理領域中的應用目前，隨著國家人口老齡化日趨明顯， 在醫(yī)療護理方面的問題也愈加增多起 來，對 于病患者的病情實時關注成為亟待解決的問題。 無線傳感器網絡在此方面 發(fā)揮了重要作 用，在患者身上可以安放各種傳感器， 用以檢測采集各種生理信息， 比如體溫、呼吸、血 壓等生理數據，一方面可以隨時關

19、注患者的病情發(fā)展情況， 另一方面， 可以將收集的生理 數據作為研制新藥品的參考資料。 另外，也可以在 患者居住的環(huán)境里安放多個傳感器節(jié) 點， 有效監(jiān)測病人的活動狀況， 進行遠程的 人體行為監(jiān)測。 現在， 美國已經開展了一 個無線傳感器網絡系統(tǒng)項目， 可以實現 家庭護理，方便老年人獨居時給予及時的幫助。2.5 無線傳感器網絡在智能家居領域中的應用目前，智能家居是物聯(lián)網發(fā)展的一個重要方向。 從一定意義上講智能家居就 是高科 技的家庭自動化系統(tǒng)，融合了計算機網絡系統(tǒng)、 自動化控制系統(tǒng)、 綜合布線技術及網絡通訊技術， 自動化控制、 遠程控制家庭中 的各種 產品設備，實現擬人化的要求，提升家居安全性、便

20、捷性、舒適性，并實 現環(huán)保節(jié)能。 而 自動化、 遠程控制所需的各種信息， 均是由無線傳感器節(jié)點進行 傳達的，比如環(huán)境檢測 信息、 安放系統(tǒng)的有效實施， 都需要無線傳感器節(jié)點提供 家庭煤氣含量、溫度、濕度等 環(huán)境信息。所以，在智能家居系統(tǒng)中，每一個家居 設備或終端， 都會設置對應的傳感器節(jié) 點， 通過無線傳感器網絡節(jié)點間的自組織 互連，實現家庭設備互連與信息控制，從而實現 家居生活的智能化。三、傳感器技術在物聯(lián)網中的意義據分析機構預測，未來物聯(lián)網的發(fā)展將經歷四個階段， 2010 年之前廣泛應 用于物 流、零售和制藥領域， 2010? 2015 年物體互聯(lián)， 2015? 2020 年物體進 入半智

21、能化， 2020 年之后物件全智能化。經初步估計，中國物聯(lián)網產業(yè)鏈的發(fā) 展和應用將有可能創(chuàng)造 1000 億元左右的產值。而且，已有部分省市的關于十二 五期間物聯(lián)網發(fā)展規(guī)劃， 已加快形成物 聯(lián)網產業(yè)基本框架等一系列的 “智慧” 行 動，表明了大力發(fā)展物聯(lián)網的決心。 而傳感器 作為物聯(lián)網關鍵物件之一， 在物聯(lián) 網的發(fā)展與應用過程中， 傳感器網絡技術的提高與發(fā) 展勢必會產生巨大的推動作 用。物聯(lián)網包含感知層、 網絡層和應用層三個層面， 葉云認為， 目前中國最缺乏 的是 感知層的產品和技術， 是信息的抓取和聚合。 在感知層中， 由于傳感器技術 的技術成熟 度和成本問題， 阻礙了無線傳感器網絡及物聯(lián)網的

22、大規(guī)模發(fā)展及應用。 余建美指出， 四 個方面的因素將最終將決定物聯(lián)網的普及程度， 一是無線傳感器 的進一步低功耗化， 二 是發(fā)展無線供電或采電技術， 三是能源的超微型化， 四就 是無線傳感器自身的微型化。 除此之外， 傳感器的集成制造技術、 信號檢測的智 能化發(fā)展， 也是無線傳感器需要考慮 改善的重要方面。 因此， 目前的傳感器技術 的主要研究工作就要注重以上四個方面的因 素， 突破這些研究熱點， 物聯(lián)網的發(fā) 展水平勢必會突飛猛進， 應用也將會廣泛普及， 市場規(guī)模進一步擴大， 物聯(lián)網就 可以真正實現物物相聯(lián)，成為會“說話”、會“思考”、 會“行動”的物物信息 交流網絡。四、目前研究重點及研究現

23、狀在物聯(lián)網傳感器網絡體系結構的這三大部分中， 目前的發(fā)展主要集中在幾個 方面， 在協(xié)議通信層主要研究重點是數據鏈路層 MAC 協(xié)議及網絡層路由協(xié)議的 研究；在網絡管 理技術層， 主要研究方向是收集數據的管理、 節(jié)能問題的解決以 及網絡通信安全的實 現； 在網絡支撐技術層， 主要研究點是節(jié)點定位問題的解決、 時間同步技術的實現以及 用戶應用接口的實現， 這其中，協(xié)議的研究與節(jié)能的實 現又是相輔相成的。4.1 數據處理問題的解決基于傳感器網絡的任何應用系統(tǒng)都離不開感知數據的管理和處理技術。 不言 而喻， 感知網數據管理和處理技術是確定感知網可用性和有效性的關鍵技術。 對 于觀察者來說， 傳感器網絡

24、的核心是感知數據， 而不是網絡硬件。 觀察者感興趣 的是傳感器產生的數 據，而不是傳感器本身。觀察者不會提出這樣的查詢： “從 A 節(jié)點到 B 節(jié)點的連接是如 何實現的 ?”，他們經常會提出如下的查詢：“網絡覆蓋區(qū)域中哪些地區(qū)出現毒氣 ?”。在傳感器網絡中，傳感器節(jié)點不需要地址之 類的標識。觀察者不會提出查詢：“地址為 27 的傳感器的溫度是多少 ?”，他們 感興趣的查詢是，“某個地理位置的溫度是多 少 ? ”。綜上所述，傳感器網絡是 一種以數據為中心的網絡。 顯然，感知數據管理和處理 技術的研究是一項實現高 效率傳感器網絡的重要和關鍵的任務。 遺憾的是， 到目前為 止， 感知數據管理和 處理

25、技術的研究還不多，還有大量的問題需要解決。感知數據管理與 處理技術的 研究是數據庫界面臨的新任務和新挑戰(zhàn)，也為數據庫界提供了新機遇。4.2 節(jié)能問題的實現能量是節(jié)點工作的基礎，節(jié)能問題，幾乎貫穿無線傳感器網絡發(fā)展的各個方 面。協(xié)議 的建立需要考慮節(jié)能問題，以上面的 MAC 協(xié)議的研究和路由協(xié)議的實 現都可以看出；網絡中的數據處理需要考慮節(jié)能問題，沒有能量，數據無法處理； 節(jié)點定 位、時間同步都需要考慮節(jié)能問題，節(jié)能問題的解決，跟隨在每個環(huán)節(jié)的 實現上。當然， 純粹的節(jié)能方式也有很多，比如讓節(jié)點定期“休眠”等。但是， 大部分的節(jié)能還是包含在 了具體實現細節(jié)當中，如文獻 1采用一種帶有能量控制的有

26、效路由方式，通過調整每個節(jié)點發(fā)送數據時的數據傳輸范圍進而調整消耗 的能量， 以節(jié)省資源，從而延長網絡壽命。4.3 網絡安全問題傳感器網絡多用于軍事、商業(yè)領域，安全性是其重要的研究內容。由于傳感 器網絡中 節(jié)點隨機部署、網絡拓撲的動態(tài)性以及信道的不穩(wěn)定性， 使傳統(tǒng)的安全 機制無法適用。因 此需要設計新型的網絡安全機制。 可借鑒擴頻通信、接入認證 / 鑒權、數據水印、數據加 密等技術。目前，保證網絡安全性的方法也不少。其中一種是借助特殊的無線傳感器終端。如文獻 2 中，采用 PTDPersonal Trust Device 作為傳感器網絡的終端，由于價格高及有特殊環(huán)境要求等因素，不能為每個節(jié)點在網

27、絡中設立認證服務器來提供傳感器需要的服務， 而 在 PTD 和服務器之間建立認證和加密體系，只有在服務器注冊過的 PTD 終端才 能獲得服務，未注冊的則不能，從而保證系統(tǒng)安全。通常，這種系統(tǒng)用在家庭環(huán) 境中。一種是采用安全罩 SecureOveday。例如文獻中，采用一種稱為SCANv2(Secure Conten AddressableNetwork Version2) 安全內容網絡尋址的安全罩，來實 現無線 傳感器網絡的安全。 SCANv2 其實是在蓋在實際網絡層上的一個虛擬結構， 通過采用 Hash 函數，把實際網絡中的節(jié)點映射到這個罩空間上，某一區(qū)域或某 種功能的節(jié)點在罩 空間的某一個

28、共同的特定位置。用戶在從網絡中獲取服務時，需要通過相應的安全認證進入罩空間，再進一步通過加密解密過程從這個映射空間進入實際網絡中獲得所需服務。此外，網絡安全中的加密后密鑰管理也是個問題。復雜的非對稱加密方式不適合完全應用于能量有限的傳感器網絡，而相對簡單的對稱加密方式又使得網絡容易受到攻擊。在文獻 4中，提到了一種新的加密方式，綜合采用了對稱和非 對稱的兩種加密 方式中的某些特點。在假定基站能量不受限制及節(jié)點不移動的前 提下，基站首先發(fā)出特定 信息，建立網絡的分層拓撲結構。外圍分布的節(jié)點又有 子節(jié)點和父節(jié)點之分，父節(jié)點保有 子節(jié)點的密鑰，確保子節(jié)點發(fā)送上來的信息是 有效地子節(jié)點發(fā)送上來的； 同

29、時， 子節(jié)點 又保有父節(jié)點的密鑰， 以便對發(fā)出的數 據進行跟蹤。基站擁有所有密鑰且擁有唯一的初始 入網認證密鑰。4.4 網絡支撐層的研究4.4.1 節(jié)點定位問題與一般的計算機網絡相比， WSN 在計算機軟硬件所組成計算世界與實際物 理世界之 間建立了更為緊密的聯(lián)系， 只有結合位置信息， 傳感器獲取的數據才有 實際意義。許多 WSN 的研究成果都表明了節(jié)點位置信息的重要性，如在網絡層，因為 WSN 節(jié)點無全局標識，可以設計基于節(jié)點位置信息的路由算法； 在應用層， 根據節(jié) 點位置， WSN 系統(tǒng)可以智能地選擇一些特定的節(jié)點來完成任務，從而大 大降低整個系統(tǒng) 的能耗， 提高系統(tǒng)的存活時間。 許多對目

30、標追蹤問題的研究更是 將節(jié)點位置已知作為一 個前提條件。節(jié)點定位是 WSN 系統(tǒng)布設完成后面臨的首 要問題，它可表述為：依靠有限 的位置已知節(jié)點， 確定布設區(qū)中其它節(jié)點的位置， 傳感器節(jié)點間建立起一定的空間關系。當前對節(jié)點定位問題的研究一般都基于以下前提：有一定比例的節(jié)點位置已知或具有 GPS 定位功能，這些節(jié)點的位置 可作為定位參考點； (2) 節(jié)點可能具有測量與鄰節(jié)點距離 的能力； (3) 節(jié)點不具有 自主移動能力。 全球定位系統(tǒng) (GPS) 已經在許多領域得到了應用， 但由于價格高 及有 特殊環(huán)境要求等因素，不能為每個節(jié)點配備 GPS 接收裝置。目前無線傳感器網絡自身定位系統(tǒng)和算法的分類如下：(1) 物理定位與符號定位。(2) 絕對定位與相對定位。(3) 緊密耦合與松散耦合。(4) 集中式計算與分布式計算。(5) 基于測距技術的定位和無須測距技術的定位。(6)