第一篇：無(wú)線傳感器總結(jié)復(fù)習(xí)資料02016學(xué)生
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程總結(jié)
1、現(xiàn)代信息科學(xué)的六個(gè)組成部分
信息的生成、獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理及其應(yīng)用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分
2、WSN的定義
大規(guī)模、無(wú)線、自組織、多跳、無(wú)分區(qū)、無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施支持的網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)的、成本較低、體積較小、大部分節(jié)點(diǎn)不移動(dòng)、被隨意撒布在工作區(qū)域，要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有盡可能長(zhǎng)的工作時(shí)間。
3、WSN和Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別
不同點(diǎn)：（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作模式各不相同。
Ad hoc網(wǎng)絡(luò): 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化。
WSN: 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是靜態(tài)的。
（2）工作模式不同。
WSN:多對(duì)一(Many-to-One)通信，節(jié)點(diǎn)之間幾乎不會(huì)發(fā)生消息交換。以數(shù)據(jù)為中心（Data Centric），與組播正好相反
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) ：網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)之間都有通信的可能。
相同點(diǎn)（補(bǔ)充）：
基本不需要人的干預(yù)，大部分工作是以自組織的方式完成的，二者統(tǒng)稱為自組織網(wǎng)絡(luò)（Self-Organization Networks）。二者的研究都是追求低功耗的自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。
4、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
(1)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目大，密度高，采用空間位置尋址
(2)傳感器接點(diǎn)的能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力有限（能量、計(jì)算存儲(chǔ)低、關(guān)鍵在有效簡(jiǎn)單的路由協(xié)議）
(3)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易變化，有自組織能力（與傳統(tǒng)的有不同的特點(diǎn)和技術(shù)要求：它根據(jù)需要可以在工作和休眠之間切換，因此網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容易發(fā)生變化，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重在QoS和更大的寬帶保證，并且是靜止的。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)省能量，保證連通性和延長(zhǎng)運(yùn)行壽命）
(4)傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)融合能力（與Mesh網(wǎng)絡(luò)區(qū)別，數(shù)據(jù)小，移動(dòng)，重能源。與無(wú)線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)比數(shù)量多、密度大、易受損、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁、廣播式點(diǎn)對(duì)多通信、節(jié)點(diǎn)能量、計(jì)算能力受限。）
5、路由兩個(gè)基本功能：確定最佳路徑和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息
6、WSN路由協(xié)議的基本概念
WSN路由協(xié)議是一套將數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的機(jī)制
7、內(nèi)爆和重疊現(xiàn)象的解釋（做圖）
內(nèi)爆(Implosion)：節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，不管其是否收到過(guò)相同的（將同一個(gè)數(shù)據(jù)包多次轉(zhuǎn)發(fā)給同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象就是內(nèi)爆）（左圖）重疊(Overlap)：感知節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域有重疊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余（右圖）
8、SPIN協(xié)議的三步握手協(xié)議，并解釋
（1）節(jié)點(diǎn)A有新數(shù)據(jù)，通過(guò)ADV發(fā)布新數(shù)據(jù)信息，使用元數(shù)據(jù)
（2）B節(jié)點(diǎn)收到ADV后，發(fā)現(xiàn)自己沒(méi)有該數(shù)據(jù)，通過(guò)REQ向A請(qǐng)求新數(shù)據(jù)
（3）A節(jié)點(diǎn)向B節(jié)點(diǎn)傳送源數(shù)據(jù)
（4）B節(jié)點(diǎn)融合新數(shù)據(jù)，并通過(guò)ADV發(fā)布新數(shù)據(jù)消息DATA
（5）如果節(jié)點(diǎn)ADV中描述的數(shù)據(jù)的副本就忽略該消息
SPIN協(xié)議采用三次握手協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，協(xié)議運(yùn)行過(guò)程中使用三種報(bào)文數(shù)據(jù)：ADV、REQ和DATA。ADV用于數(shù)據(jù)的廣播，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)可以共享時(shí)，可以用ADV數(shù)據(jù)包通知其鄰居節(jié)點(diǎn)；REQ用于發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)某一個(gè)收到ADV的節(jié)點(diǎn)希望收到DATA數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包；DATA為原始感知數(shù)據(jù)包，里面裝載了原始感知數(shù)據(jù)。
9、SPIN協(xié)議的協(xié)商通過(guò)元數(shù)據(jù)來(lái)解決
元數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)的抽象描述，一種對(duì)源數(shù)據(jù)的一個(gè)映射，比源數(shù)據(jù)短（數(shù)據(jù)壓縮）（1）元數(shù)據(jù)描述實(shí)數(shù)據(jù)（2）元數(shù)據(jù)與時(shí)數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng) 避免傳輸冗余數(shù)據(jù)
10、DD協(xié)議的三個(gè)階段----興趣擴(kuò)散、梯度建立和路徑加強(qiáng)（會(huì)畫(huà)圖）·匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢消息
·興趣消息：任務(wù)性質(zhì)、數(shù)據(jù)采集/發(fā)送數(shù)率、時(shí)間戳等 ·中間節(jié)點(diǎn)：記錄、轉(zhuǎn)發(fā)
·梯度：表示了數(shù)據(jù)的傳輸方向
11、LEACH協(xié)議經(jīng)過(guò)2個(gè)階段（簇頭建立和數(shù)據(jù)傳輸）
網(wǎng)絡(luò)按照周期工作，每個(gè)周期分為兩個(gè)階段：(1)簇頭建立階段：
·節(jié)點(diǎn)運(yùn)行算法，確定本次自己是否成為簇頭； ·簇頭節(jié)點(diǎn)廣播自己成為簇頭的事實(shí)；
·其他非簇頭節(jié)點(diǎn)按照信號(hào)強(qiáng)弱選擇應(yīng)該加入的簇頭，并通知該簇頭節(jié)點(diǎn)； ·簇頭節(jié)點(diǎn)按照TDMA的調(diào)度，給依附于他的節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間片；（2）數(shù)據(jù)傳輸階段：節(jié)點(diǎn)在分配給它的時(shí)間片上發(fā)送數(shù)據(jù)。
12、LEACH協(xié)議的基本思想
網(wǎng)絡(luò)周期性地隨機(jī)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，其他的非簇頭節(jié)點(diǎn)以就近原則加入相應(yīng)的簇頭，形成虛擬簇，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)將感知到的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給簇頭，由簇頭轉(zhuǎn)發(fā)給Sink節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)可以將本簇內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的能耗平衡。
13、LEACH協(xié)議的簇頭選擇的策略
每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)選擇[0，1]之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，如果選定的值小于某一個(gè)閾值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)，計(jì)算如下： k 如n ?GN?k[rmod(n/k)]
0 其它情況
N表示網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，k為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)，r為已完成的回合數(shù)，G為網(wǎng)絡(luò)生存期總的回合數(shù)。一個(gè)回合表示一個(gè)周期，分為兩個(gè)階段：簇的建立和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸階段。
14、ZigBee技術(shù)定義：ZigBee是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)，是一組基于IEEE 802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)。
15、ZigBee可工作在2.4GHz的ISM頻段、歐洲的868MHz 和美國(guó)的915 MHz 3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率。不同頻段可使用的信道分別是16、1、10個(gè)，在中國(guó)采用2.4G頻段，是免申請(qǐng)和免使用費(fèi)的頻率
16、ZigBee的兩類地址：
（1）IEEE物理地址：每個(gè)ZigBee設(shè)備都有一個(gè)64位的IEEE長(zhǎng)地址，即MAC地址。物理地址是在出廠時(shí)候初始化的。它是全球唯一的。（2）網(wǎng)絡(luò)地址
網(wǎng)絡(luò)地址也稱短地址，通常用16位的短地址來(lái)標(biāo)識(shí)自身和識(shí)別對(duì)方，對(duì)于協(xié)調(diào)器來(lái)說(shuō)，短地址始終為0x0000，對(duì)于路由器和節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，短地址由其所在網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器分配。
T(n)??
17、（1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括4類基本實(shí)體對(duì)象：目標(biāo)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)。（2）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)一般由4部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊、處理控制模塊、無(wú)線通信模塊(能量消耗的主要集中部分)、能量供應(yīng)模塊。
（3）無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的基本功能：采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、控制和通信
（4）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)包括：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸控制層、應(yīng)用層。
18、CSMA/CA機(jī)制:
當(dāng)某個(gè)站點(diǎn)（源站點(diǎn)）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時(shí)，檢測(cè)信道。若信道空閑，且在DIFS時(shí)間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點(diǎn)等待接收ACK確認(rèn)幀。如果目的站點(diǎn)接收到正確的數(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時(shí)間，然后向源站點(diǎn)發(fā)送ACK確認(rèn)幀。若源站點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收到ACK確認(rèn)幀，則說(shuō)明沒(méi)有發(fā)生沖突，這一幀發(fā)送成功。否則執(zhí)行退避算法。
19、目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)包括無(wú)線電、紅外線和光波等。
（1）無(wú)線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無(wú)線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無(wú)線通信。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，電磁波分為無(wú)線電波、微波、紅外線、毫米波和光 波等，其中無(wú)線電波在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。
（2）無(wú)線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠(yuǎn)，可以穿過(guò)建筑物，因而被廣泛地用于室內(nèi)或室外的無(wú)線通信。無(wú)線電波是全方向傳播信號(hào)的，它能向任意方向發(fā)送無(wú)線信號(hào)，所以發(fā)射方和接收方的裝置在位置上不必要求很精確的對(duì)準(zhǔn)。20.傳感器節(jié)點(diǎn)定位的基本術(shù)語(yǔ)：
（1）鄰居節(jié)點(diǎn)（Neighbor Nodes）：是指?jìng)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)的所有其他節(jié)點(diǎn)，也就是說(shuō)：在一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)，可以直接通信的所有其他點(diǎn)。（2）跳數(shù)（Hop Count）：是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間間隔的跳段總數(shù)。
（3）跳段距離（Hop Distance）：是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間隔的各跳段距離之和。
（4）接收信號(hào)強(qiáng)度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）：是指節(jié)點(diǎn)接收到無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度大小。
（5）到達(dá)時(shí)間（Time of Arrival，TOA）：是指信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間。
（6）到達(dá)時(shí)間差（Time Difference of Arrival，TDOA）：兩種不同傳播速度的信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間之差。
（7）到達(dá)角度（Angle of Arrival，AOA）：是指節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對(duì)于自身軸線的角度。（8）視線關(guān)系（Line of Sight，LOS）：是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間沒(méi)有障礙物間隔，能夠直接通信。（9）非視線關(guān)系（Non Line of Sight，NLOS）：是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在障礙物。（10）基礎(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）：是指協(xié)助傳感器節(jié)點(diǎn)定位的已知自身位置的固定設(shè)備（如衛(wèi)星、基站等）。
（11）網(wǎng)絡(luò)連接度：網(wǎng)絡(luò)連接度是所有節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)目的平均值，它反映了傳感器配置的密集程度。
（12）信標(biāo)節(jié)點(diǎn)：錨點(diǎn)
通過(guò)其它方式預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)。
21.（1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要時(shí)間同步，因?yàn)椋涸诜植际降臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘。不同節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器頻率存在偏差，以及濕度和電磁波的干擾等都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)行時(shí)間偏差，RBS、TPSN是典型的時(shí)間同步算法，其原理：
RBS同步協(xié)議的基本思想是多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收同一個(gè)同步信號(hào)，然后多個(gè)收到同步信號(hào)的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行同步。這種同步算法消除了同步信號(hào)發(fā)送一方的時(shí)間不確定性。這種同步協(xié)議的缺點(diǎn)是協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)大
TPSN協(xié)議采用層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先將所有節(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級(jí)，然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)與上一級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，最終所有節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。
22.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)點(diǎn)定位，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的自身定位是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。許多應(yīng)用都要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)預(yù)先知道自身的位置，并在通信和協(xié)作過(guò)程中利用位置信息完成應(yīng) 用要求。若沒(méi)有位置信息，傳器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)幾乎是沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值的。所以，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)的定位成為關(guān)鍵的問(wèn)題。
基于距離的定位算法：通過(guò)測(cè)量節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位進(jìn)行定位
三邊測(cè)量算法：已知A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及它們到節(jié)點(diǎn)D的距離，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)
三角測(cè)量算法：已知A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)D相對(duì)于節(jié)點(diǎn)A、B、C的角度，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)
第二篇：傳感器復(fù)習(xí)資料..
1.1、金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同? 答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。1.2、直流測(cè)量電橋和交流測(cè)量電橋有什么區(qū)別? 答：它們的區(qū)別主要是直流電橋用直流電源，只適用于直流元件，如電阻應(yīng)變片，交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件，如電阻應(yīng)變片、電容。1.3、簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生橫向誤差的原因。
粘貼在受單向拉伸力試件上的應(yīng)變片 , 如圖2-3所示，其敏感柵是有多條直線和圓弧部
圖2－3 橫向效應(yīng)
分組成。這時(shí)，各直線段上的金屬絲只感受沿軸向拉應(yīng)變?x,電阻值將增加。但在圓弧段上，沿各微段軸向(即微段圓弧的切向)的應(yīng)變與直線段不相等，因此與直線段上同樣長(zhǎng)度的微段所產(chǎn)生的電阻變化就不相同，最明顯的在???/2處圓弧段上，按泊松關(guān)系，在垂直方向上產(chǎn)生負(fù)的壓應(yīng)變?y，因此該段的電阻是最小的。而在圓弧的其它各段上，其軸向感受的應(yīng)變由 +?x變化到-?y。由此可見(jiàn) , 將直的電阻絲繞成敏感柵之后，雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應(yīng)。
應(yīng)變片橫向效應(yīng)表明 , 當(dāng)實(shí)際使用應(yīng)變片時(shí)，使用條件與標(biāo)定靈敏系數(shù) k 時(shí)的標(biāo)定規(guī)則不同時(shí),實(shí)際 k 值要改變,由此可能產(chǎn)生較大測(cè)量誤差，當(dāng)不能滿足測(cè)量精確度要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的修正。
1.4、采用阻值為120Ω靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負(fù)載電阻無(wú)窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1和1 000時(shí)，試求單臂、雙臂和全橋工作時(shí)的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。
K?UK?U4?2?10?6??2?10?6/V，應(yīng)解：?jiǎn)伪蹠r(shí)U0?，所以應(yīng)變?yōu)?時(shí)U0?444K?U4?2?10?3??2?10?3/V； 變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為U0?44K?UK?U4?2?10?6??4?10?6/V，應(yīng)變?yōu)殡p臂時(shí)U0?，所以應(yīng)變?yōu)?時(shí)U0?222K?U4?2?10?3??4?10?3/V； 1000時(shí)應(yīng)為U0?22全橋時(shí)U0?K?U，所以應(yīng)變?yōu)?時(shí)U0?8?10?6/V，應(yīng)變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為U0?8?10?3/V。從上面的計(jì)算可知：?jiǎn)伪蹠r(shí)靈敏度最低，雙臂時(shí)為其兩倍，全橋時(shí)最高，為單臂的四倍。1.5、差動(dòng)電橋有哪些有優(yōu)點(diǎn)？
答：差動(dòng)電橋比單臂電橋的靈敏度高，此外，還可以有效地改善電橋的溫度誤差、非線性誤差。
1.6、如圖所示為一直流電橋，供電電源電動(dòng)勢(shì)E=3V，R3=R4=100Ω，R1和R2為同型號(hào)的電阻應(yīng)變片，其電阻均為50Ω，靈敏度系數(shù)K=2.0。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強(qiáng)度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強(qiáng)度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000με，試求此時(shí)電橋輸出端電壓Uo。
題2.5圖
K?U2?3?5?10?3??15mV 解：此電橋?yàn)檩敵鰧?duì)稱電橋，故U0?222.1、電容式傳感器有哪些類型？
解：電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。
2.2、試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度?為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應(yīng)注意什么問(wèn)題? 解：以變面積式電容傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。
Δxbxda直線位移型電容式傳感器
當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)△x后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為
C=εb（a-△x）/d=C0-εb·△x/d（1）
電容因位移而產(chǎn)生的變化量為
?C?C?C0??其靈敏度為 K??bd?x??C0?x a?C?b?? ?xd可見(jiàn)增加b或減小d均可提高傳感器的靈敏度。
2.3、為什么說(shuō)變間隙型電容傳感器特性是非線性的?采取什么措施可改善其非線性特征? 解：下圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中1為固定極板，2為與被測(cè)對(duì)象相連的活動(dòng)極板。當(dāng)活動(dòng)極板因被測(cè)參數(shù)的改變而引起移動(dòng)時(shí)，兩極板間的距離d發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量C。
1d21–固定極板 2--活動(dòng)極板
設(shè)極板面積為A，其靜態(tài)電容量為C??Ad，當(dāng)活動(dòng)極板移動(dòng)x后，其電容量為
x?Ad(1)C??C0d?xx21?2d1?當(dāng)x< xx21?2?1 則C?C0(1?)(2) dd由式（1）可以看出電容量C與x不是線性關(guān)系，只有當(dāng) x< 2.4、變間隙電容傳感器的測(cè)量電路為運(yùn)算放大器電路，如題4.8圖所示。C0=200pF，傳感器的起始電容量Cx0=20pF,定動(dòng)極板距離d0=1.5mm,運(yùn)算放大器為理想放大器（即K→∞,Zi→∞）,Rf極大,輸入電壓ui=5sinωtV。求當(dāng)電容傳感動(dòng)極板上輸入一位移量△x=0.15mm使d0減小時(shí),電路輸出電壓uo為多少？ 題4.8圖 解：由測(cè)量電路可得 u0??C0C0200ui??ui???5sin?t??45sin?tV Cx0d020?1.5Cx1.5?0.15d0??x2.5、如圖3-22所示正方形平板電容器,極板長(zhǎng)度a=4cm,極板間距離δ=0.2mm.若用此變面積型傳感器測(cè)量位移x,試計(jì)算該傳感器的靈敏度并畫(huà)出傳感器的特性曲線.極板間介質(zhì)為空氣,?0?8.85?10-12F/m。 ax 解：這是個(gè)變面積型電容傳感器，共有4個(gè)小電容并聯(lián)組成。 C0?4?0a2?4?16?10?4?8.85?10?12??28.32 /pF 2?10?3?C0?kx?28.32?70.8x(x的單位為米) 4?0ax)Cx?4?0a(a?x)??C?Cx?C0??? Cx?C04?0a4?8.85?10?12?4?10?2K???????70.8 /pF x?2?10?3CxpF4030201004123xcm 3.1、試述影響差動(dòng)變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么？ 解：影響差動(dòng)變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是：傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的對(duì)稱性、磁性材料的殘余應(yīng)力、測(cè)量電路零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)等。 3.2、試述電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響？它的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 解：電渦流式傳感器的靈敏度主要受導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵(lì)電流頻率以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量范圍大、抗干憂能力強(qiáng)，特別是有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 4.1、為什么壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量？ 解：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會(huì)泄露，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。所以壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量。 4.2、壓電式傳感器測(cè)量電路的作用是什么?其核心是解決什么問(wèn)題? 解：壓電式傳感器的產(chǎn)生的電量非常小，內(nèi)阻很高。測(cè)量電路的作用是進(jìn)行阻抗變換和放大，即要求測(cè)量電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，通常用高輸入阻抗運(yùn)放。其核心是要解決微弱信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大，得到足夠強(qiáng)的輸出信號(hào)。 4.3、某加速度計(jì)的校準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)，它能作50Hz和1g的振動(dòng)，今有壓電式加速度計(jì)出廠時(shí)標(biāo)出靈敏度K＝100mV／g，由于測(cè)試要求需加長(zhǎng)導(dǎo)線，因此要重新標(biāo)定加速度計(jì)靈敏度，假定所用的阻抗變換器放大倍數(shù)為1，電壓放大器放大倍數(shù)為100，標(biāo)定時(shí)晶體管毫伏表上指示為9.13V，試畫(huà)出標(biāo)定系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算加速度計(jì)的電壓靈敏度。解：此加速度計(jì)的靈敏度為 K??9130?91.3 mV/g 100標(biāo)定系統(tǒng)框圖如下： 加速度計(jì)阻抗變換器電壓放大器晶體管毫伏表 4.4、用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測(cè)量機(jī)器的振動(dòng)，已知：加速度計(jì)靈敏度為5pC/g,電荷放大器靈敏度為50mV/pC,當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值時(shí)相應(yīng)的輸出電壓幅值為2V,試求該機(jī)器的振動(dòng)加速度。 已知：ka=5pC/g，kq=50mV/pC，Vomax=2V 求：amax=？ 解： 因?yàn)椋?ka?Q/a；kq?V0/Q 則有： V0?kakqa 所以： amax?V0max?8g kakq4.5、用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測(cè)量機(jī)器振動(dòng)，已知，加速度計(jì)靈敏度為5pC/g；電荷放大器靈敏度為50mV/pC，最大加速度時(shí)輸出幅值2V，試求機(jī)器振動(dòng)加速度。解：K?K1?K2?5?50?250mV/g K?UU2000?a???4g aK2504.6、什么叫正壓電效應(yīng)？什么叫逆壓電效應(yīng)？常用壓材料有哪幾種？ 答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向上受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在其表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的現(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)。反之，在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電場(chǎng)或電壓，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。應(yīng)用于壓電式傳感器中的壓電材料通常有三類：一類是壓電晶體，它是單晶體，如石英晶體、酒石酸鉀鈉等；另一類是經(jīng)過(guò)極化處理的壓電陶瓷，它是人工合成的多晶體，如鈦酸鋇等；第三類是有機(jī)壓電材料，是新型的壓電材料，如聚偏二氯乙烯等。4.7、一只x切型的石英晶體壓電元件，其，相對(duì)介電常數(shù)，橫截面積A=5cm2，厚度t=0.5cm。求： （1）沿石英晶體電軸方向施加力的作用，產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為什么？若沿電軸方向受Fx=9.8N的壓力作用時(shí)兩電級(jí)間輸出電壓值為多大？ （2）若此元件與高輸入阻抗運(yùn)放連接時(shí)連接電纜的電容為Cc=4pF，該壓電元件的輸出電壓值為多大？ 解：（1）沿石英晶體電軸方向施加力的作用，產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為縱向壓電效應(yīng)。對(duì)于x切型的石英晶體壓電元件，縱向受力時(shí)，產(chǎn)生的電荷量為 壓電元件的電容量為 兩電極間的輸出電壓值為 （2）此元件與高輸入阻抗運(yùn)放連接時(shí)，連接電纜的電容與壓電元件本身的電容相并聯(lián)，輸出電壓將改變?yōu)?/p> 5.1、光電效應(yīng)有哪幾種?與之對(duì)應(yīng)的光電元件各有哪些? 答：光電效應(yīng)有外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種?；谕夤怆娦?yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等；基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等；基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。 5.2、常用的半導(dǎo)體光電元件有哪些?它們的電路符號(hào)如何? 答：常用的半導(dǎo)體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。它們的電路符號(hào)如下圖所示： 光敏二極管 光敏三極管 光電池 5.3、什么是光電元件的光譜特性? 答：光電元件的光譜特性是指入射光照度一定時(shí)，光電元件的相對(duì)靈敏度隨光波波長(zhǎng)的變化而變化，一種光電元件只對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的人射光敏感，這就是光電元件的光譜特性。5.4、光電傳感器由哪些部分組成?被測(cè)量可以影響光電傳感器的哪些部分? 答：光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，如圖所示。圖中Ф1是光源發(fā)出的光信號(hào)，Ф2是光電器件接受的光信號(hào)，被測(cè)量可以是x1或者x2，它們能夠分別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào)I。光電傳感器設(shè)計(jì)靈活，形式多樣，在越來(lái)越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。 光源Φ1光學(xué)通路Φ2光電元件Ix1x2x3 5.5、模擬式光電傳感器有哪幾種常見(jiàn)形式? 答：模擬式光電傳感器主要有四種。一是光源本身是被測(cè)物，它發(fā)出的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光源的某些物理參數(shù)，如圖a所示。這種型式的光電傳感器可用于光電比色高溫計(jì)和照度計(jì)；二是恒定光源發(fā)射的光通量穿過(guò)被測(cè)物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光電元件上，吸收量取決于被測(cè)物的某些參數(shù)。如圖b所示?？捎糜跍y(cè)量透明度、混濁度；三是恒定光源發(fā)射的光通量投射到被測(cè)物上，由被測(cè)物表面反射后再投射到光電元件上，如圖c所示。反射光的強(qiáng)弱取決于被測(cè)物表面的性質(zhì)和狀態(tài)，因此可用于測(cè)量工件表面粗糙度、紙張的白度等；四是從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達(dá)光電元件的途中受到被測(cè)物的遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測(cè)物的尺寸或位置。如圖d所示。這種傳感器可用于工件尺寸測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量等場(chǎng)合。 31122a)a)被測(cè)量是光源b)b)被測(cè)量吸收光通量 c)被測(cè)量是有反射能力的表面2c)d)被測(cè)量遮蔽光通量d)133121-被測(cè)物 2-光電元件 3-恒光源 6.2超聲波有哪些傳播特性? 答：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的。振蕩源在介質(zhì)中可產(chǎn)生兩種形式的振蕩，即橫向振蕩和縱向振蕩。橫向振蕩只能在固體中產(chǎn)生，而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中產(chǎn)生。 超聲波的一種傳播特性是在通過(guò)兩種不同的介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象，超聲波的另一種傳播特性是在通過(guò)同種介質(zhì)時(shí)，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度因介質(zhì)吸收能量而減弱。 9.2（1）如圖所示為光纖傳感器中光線傳播原理，請(qǐng)推導(dǎo)入射角的臨界入射角與空氣折射率n0、纖芯折射率n1及包層折射率n2的關(guān)系式。 （2）解釋光纖數(shù)值孔徑的物理意義。 解：（1） 在纖芯和包層界面A處，當(dāng)入射角逐漸增大到臨界角時(shí)，折射角等于90度，此時(shí) 光線由折射率為0n的空氣，從界面O處射入纖芯時(shí)實(shí)現(xiàn)全反射的臨界角為 9.3試計(jì)算n1=1.48和n2=1.46的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果外部是空氣n0=1，試問(wèn)：對(duì)于這種光纖來(lái)說(shuō)，最大入射角是多少？ 解：根據(jù)光纖數(shù)值孔徑NA定義 2008.2 80 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述 唐啟濤 陶滔 南華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 湖南 421001 摘要:本文介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、特點(diǎn)、通信結(jié)構(gòu)及其安全需求,并對(duì)其應(yīng)用過(guò)程中可能遇到的攻擊方式和相 應(yīng)的抵御方法做了簡(jiǎn)單介紹。指出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)今后的研究方向及最新研究動(dòng)態(tài)。 關(guān)鍵詞:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧;傳感器節(jié)點(diǎn);多跳路由 0 引言 近年來(lái)隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、無(wú)線通信及微機(jī)電等技術(shù) 的發(fā)展和相互融合,產(chǎn)生了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN, wireless sensor networks。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與當(dāng)今主流無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)使用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)——802.15.14, 它是一種新型的信息獲 取和處理技術(shù)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)綜合了嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感 器技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及通信技術(shù),能夠協(xié)作地實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的不同監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。它的應(yīng)用極其廣泛, 當(dāng)前主要應(yīng)用于國(guó)防軍事、智能建筑、國(guó) 家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、家庭等方面。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(WSNS, wireless sensor networks system通常由傳感器節(jié)點(diǎn)、聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)組成。它的結(jié) 構(gòu)圖如圖1。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器 節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸, 經(jīng)過(guò)多跳路由, 然后到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn), 最 后通過(guò)衛(wèi)星或者互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)管理節(jié)點(diǎn), 然后, 用戶1通過(guò)管理 節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理, 發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、任務(wù)的 協(xié)同控制等。 圖 1無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 目前常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括移動(dòng)通信網(wǎng)、Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)、無(wú) 線局域網(wǎng)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)等,與這些網(wǎng)絡(luò)相比,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 具有以下特征:(1硬件資源有限 由于受到價(jià)格、硬件體積、功耗等的限制,WSN 節(jié)點(diǎn)的 信號(hào)處理能力、計(jì)算能力有限,在程序空間和內(nèi)存空間上與 普通的計(jì)算機(jī)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常由電池供電, 電池能量有限。同時(shí),無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常被放置在惡劣 環(huán)境或者無(wú)人區(qū)域,使用過(guò)程中,不能及時(shí)給電池充電或更 換電池。 (3無(wú)中心 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有嚴(yán)格的中心節(jié)點(diǎn),所有節(jié)點(diǎn)地位平等,是一個(gè)對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)僅知道自己鄰近節(jié)點(diǎn) 的位置及相應(yīng)標(biāo)識(shí),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用相鄰節(jié)點(diǎn)之間的相 互協(xié)作來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理和通信,它具有很強(qiáng)的協(xié)作性。 (4自組織 網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開(kāi)不需要依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備, 節(jié)點(diǎn)通過(guò)分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的監(jiān)控行為,節(jié)點(diǎn) 開(kāi)機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。 (5多跳路由 在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,則需要 通過(guò)中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由 是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)完成的,沒(méi)有專門(mén)的路由設(shè)備。 (6動(dòng)態(tài)拓?fù)?/p> 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)能夠隨處移 動(dòng);一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰坑猛昊蚱渌收显?退 出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行;一個(gè)節(jié)點(diǎn)也可能由于某種需要而被添加到當(dāng)前 網(wǎng)絡(luò)中。這些都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化,因此無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣M織功能。(7節(jié)點(diǎn)數(shù)量多,分布密集 為了對(duì)一個(gè)區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測(cè),往往需要很多的傳感器節(jié)點(diǎn) 被放置到該區(qū)域。傳感器節(jié)點(diǎn)分布非常密集,通常利用節(jié)點(diǎn) 之間高度連接性來(lái)保證系統(tǒng)的抗毀性和容錯(cuò)性。 2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧由以下五部分組成:物理層、數(shù) 據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層,與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五 層協(xié)議相對(duì)應(yīng),其結(jié)構(gòu)如圖 2。 作者簡(jiǎn)介:唐啟濤(1982-,男,南華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2006級(jí)碩士研究生,研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)與信安全。陶滔(1969-,男,網(wǎng)絡(luò)教研室主任、副教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全。2008.2 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用 圖 2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 2.1物理層 物理層主要負(fù)責(zé)感知數(shù)據(jù)的收集,并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行 采樣、信號(hào)的發(fā)送和接收、信號(hào)的調(diào)制解調(diào)等任務(wù)。在物理 層中的主要安全問(wèn)題是建立有效的數(shù)據(jù)加密機(jī)制。由于對(duì)稱 加密算法的局限性,它不能在 WSN 中很好的發(fā)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(wèn)題。 2.數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)媒體接入控制和建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間 可靠通信鏈路,為鄰居節(jié)點(diǎn)提供可靠的通信通道,主要由介 質(zhì)訪問(wèn)控制層組成。介質(zhì)訪問(wèn)控制層使用載波監(jiān)聽(tīng)方式來(lái)與 鄰節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)使用信道,一旦發(fā)生信道沖突,節(jié)點(diǎn)使用相應(yīng)的 算法來(lái)確定重新傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪 問(wèn)控制協(xié)議通常采用基于預(yù)先規(guī)劃的機(jī)制來(lái)保護(hù)節(jié)點(diǎn)的能量。 2.3網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)和維護(hù)路由。正常情況下,無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的大量傳感器節(jié)點(diǎn)分布在一個(gè)區(qū)域里,消息 可能需要經(jīng)過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)才能到達(dá)目的地,且由于傳感器網(wǎng)絡(luò) 的動(dòng)態(tài)性,使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要具有路由的功能。節(jié)點(diǎn)一般 采用多跳路由連接信源和信宿。 2.4傳輸層 由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件限制,節(jié)點(diǎn)無(wú)法維持端到 端連接的大量信息傳輸,而且節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答消息也會(huì)消耗大量 能量,因而,目前還沒(méi)有成熟的關(guān)于傳感器節(jié)點(diǎn)上的傳輸層 協(xié)議的研究。匯聚節(jié)點(diǎn)只是傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的接口。 2.5應(yīng)用層 應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供安全支持,即實(shí) 現(xiàn)密鑰管理和安全組播。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用十分廣泛, 其中一些重要的應(yīng)用領(lǐng)域有:軍事方面,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可 以布置在敵方的陣地上,用來(lái)收集敵方一些重要目標(biāo)信息, 并跟蹤敵方的軍事動(dòng)向:環(huán)境檢測(cè)方面,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能 夠用來(lái)檢測(cè)空氣的質(zhì)量,并跟蹤污染源;民用方面,無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)也可用來(lái)構(gòu)建智能家居和個(gè)人健康等系統(tǒng)。 3安全性需求 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性,形成了與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不 同的網(wǎng)絡(luò)安全特性, 并能直接應(yīng)用到實(shí)際的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中。歸納為以下幾個(gè)方面: 3.1魯棒性 傳感器網(wǎng)絡(luò)一般被放置在惡劣環(huán)境、無(wú)人區(qū)域或敵方陣 地中,環(huán)境條件、現(xiàn)實(shí)威脅和當(dāng)前任務(wù)具有不確定性,它需 要設(shè)計(jì)具有抵抗節(jié)點(diǎn)故障的機(jī)制。一種常用方法是部署大量 節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)該具有識(shí)別發(fā)生故障的相鄰節(jié)點(diǎn)的能力, 并根據(jù)更新的拓?fù)溥M(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。 3.2擴(kuò)展性 WSN 節(jié)點(diǎn)會(huì)隨著環(huán)境條件的變化或惡意攻擊或任務(wù)的變 化而發(fā)生變化,從而影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。同時(shí),節(jié)點(diǎn)的 加入或失效也會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷變化,路由組網(wǎng)協(xié) 議和 W S N S 必須適應(yīng) W S N 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)。 3.3機(jī)密性 傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,應(yīng)該保證不泄露任何敏 感信息。應(yīng)用中,通過(guò)密鑰管理協(xié)議建立的秘密密鑰和其他 的機(jī)密信息,必須保證只對(duì)授權(quán)用戶公開(kāi)。同時(shí),也應(yīng)將因 密鑰泄露造成的影響盡可能控制在一個(gè)較小范圍,不影響整 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全。解決數(shù)據(jù)機(jī)密性的常用方法是使用會(huì)話密鑰 來(lái)加密待傳遞的消息。 3.4數(shù)據(jù)認(rèn)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(shù)據(jù)的正確來(lái)源。數(shù)據(jù)認(rèn)證可以分為兩種,即兩 部分單一通信和廣播通信。 3.5數(shù)據(jù)完整性 在網(wǎng)絡(luò)通信中,數(shù)據(jù)的完整性用來(lái)確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程 中不被敵方所修改,可以檢查接收數(shù)據(jù)是否被篡改。根據(jù)不 同的數(shù)據(jù)種類,數(shù)據(jù)完整性可分為三類:選域完整性、無(wú)連 接完整性和連接完整性業(yè)務(wù)。 3.6 數(shù)據(jù)更新 表示數(shù)據(jù)是最新的,是沒(méi)有被敵手侵入過(guò)的舊信息。網(wǎng)絡(luò) 中有弱更新和強(qiáng)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(shí)消息;強(qiáng)更新要求提供完整的次序, 并且允許延時(shí)估計(jì)。 3.7 可用性 它要求 WSN 能夠按預(yù)先設(shè)定的工作方式向合法的系統(tǒng)用 戶提供信息訪問(wèn)服務(wù),然而,攻擊者可以通過(guò)信號(hào)干擾、偽 造或者復(fù)制等方式使傳感器網(wǎng)絡(luò)處于部分或全部癱瘓狀態(tài), 從而破壞系統(tǒng)的可用性。 3.8 訪問(wèn)控制 W S N 不能通過(guò)設(shè)置防火墻進(jìn)行訪問(wèn)過(guò)濾;由于硬件受 限, 也不能采用非對(duì)稱加密體制的數(shù)字簽名和公鑰證書(shū)機(jī)制。WSN 必須建立一套符合自身特點(diǎn)的、綜合考慮性能、效率和 安全性的訪問(wèn)控制機(jī)制。 4攻擊方式及采取的相應(yīng)措施 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可能遭遇多種攻擊。攻擊者可以直接從物 2008.2 82 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用 理上將其破壞。另一方面,攻擊者可以通過(guò)操縱數(shù)據(jù)或路由 協(xié)議報(bào)文,在更大范圍內(nèi)對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行破壞。具體的 攻擊類別如下: 4.1欺騙、篡改或重發(fā)路由信息 攻擊者通過(guò)向 WSN 中注入大量欺騙路由報(bào)文,或者截取 并篡改路由報(bào)文,把自己偽裝成發(fā)送路由請(qǐng)求的基站節(jié)點(diǎn), 使全網(wǎng)范圍內(nèi)的報(bào)文傳輸被吸引到某一區(qū)域內(nèi),致使各傳感 器節(jié)點(diǎn)之間能效失衡。對(duì)于這種攻擊方式的攻擊,通常采用 數(shù)據(jù)加密技術(shù)抵御。 4.2選擇轉(zhuǎn)發(fā)攻擊 攻擊者在俘獲傳感器節(jié)點(diǎn)后,丟棄需要轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文。為 了避免識(shí)破攻擊點(diǎn),通常情況下,攻擊者只選擇丟棄一部分 應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文,從而迷惑鄰居傳感節(jié)點(diǎn)。通常采用多路徑路 由選擇方法抵御選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊。 4.3DoS拒絕服務(wù)攻擊 攻擊者通過(guò)以不同的身份連續(xù)向某一鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由 或數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文,使該鄰居節(jié)點(diǎn)不停的分配資源以維持一個(gè) 新的連接。對(duì)于這種攻擊方式,可以采用驗(yàn)證廣播和泛洪予 以抵御。 4.4污水池攻擊 攻擊點(diǎn)在基站和攻擊點(diǎn)之間形成單跳路由或是比其他節(jié) 點(diǎn)更快到達(dá)基站的路由,以此吸引附近的傳感器以其為父節(jié) 點(diǎn)向基站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。污水池攻擊“調(diào)度”了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文的 傳輸流向,破壞了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡?？梢圆捎没诘乩砦恢玫?路由選擇協(xié)議抵御污水池攻擊。 4.5告知收到欺騙攻擊 當(dāng)攻擊點(diǎn)偵聽(tīng)到某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)處于將失效狀態(tài)時(shí),冒充 該鄰居節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)反饋一個(gè)信息報(bào)文, 告知數(shù)據(jù)已被接受。使發(fā)往該鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文相當(dāng)于進(jìn)了“黑洞”?？梢哉{(diào)控 全球知識(shí)以抵御告知收到欺騙。 4.6 女巫攻擊 攻擊點(diǎn)偽裝成具有多個(gè)身份標(biāo)識(shí)的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)通過(guò)該節(jié)點(diǎn) 的一條路由破壞時(shí),網(wǎng)絡(luò)會(huì)選擇另一條完全不同的路由,由 于該節(jié)點(diǎn)的多重身份,該路由可能又通過(guò)了該攻擊點(diǎn)。它降 低了多經(jīng)選路的效果。針對(duì)這種攻擊方式,可以采用鑒別技 術(shù)抵御。 5今后的研究方向 目前,有關(guān)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究還處于初步階段,由于無(wú) 線傳感網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和模型沒(méi)有形成最后的標(biāo)準(zhǔn),無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)安全研究方面還面臨著許多不確定的因素,對(duì)于 W S N 而言,仍然存在著如下有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。 5.1安全的異常檢測(cè)和節(jié)點(diǎn)廢除 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,由于被盜用節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)非常有害,因 而希望能即時(shí)檢測(cè)和廢除被盜用節(jié)點(diǎn)。Chan 提出使用分布式 投票系統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。5.2 安全路由 安全的路由協(xié)議應(yīng)允許在有不利活動(dòng)的情況下,繼續(xù)保 持網(wǎng)絡(luò)的正常通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的許多類型的攻擊方式的 抵御可以通過(guò)提高路由的安全設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如何設(shè)計(jì)一種高 效、安全的路由有待進(jìn)一步的研究。 5.有效的加密原語(yǔ) Perrig 提出了 SPINS 協(xié)議族, 通過(guò)該協(xié)議, 使用有效的 塊加密,對(duì)于不同塊進(jìn)行不同的加密操作。Karlof 設(shè)計(jì)了 TinySec,在效率與安全性之間折中。在密鑰建立和數(shù)字簽名 時(shí),如何使用有效的非對(duì)稱加密機(jī)制,是一個(gè)值得進(jìn)一步研 究的方向。 5.4入侵檢測(cè)問(wèn)題 在數(shù)據(jù)認(rèn)證和源認(rèn)證之前,有必要設(shè)計(jì)相應(yīng)的方案來(lái)確 認(rèn)通信方是不是惡意節(jié)點(diǎn)。目前有些無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)都是假設(shè) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有全網(wǎng)惟一標(biāo)識(shí),這其實(shí)是不符合現(xiàn)實(shí)的。 5.5傳感器安全方案和技術(shù)方案的有機(jī)結(jié)合 根據(jù) W S N 的特點(diǎn),其安全解決方案不能設(shè)計(jì)得過(guò)于復(fù) 雜,并盡可能的避免使用公鑰算法。如何在不明顯增加網(wǎng)絡(luò) 開(kāi)銷(xiāo)的情況下,使性能和效率達(dá)到最佳,并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的協(xié) 議和算法有待于進(jìn)一步的研究。 5.6 管理和維護(hù)節(jié)點(diǎn)的密鑰數(shù)據(jù)庫(kù) 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)和保持一個(gè)密鑰數(shù)據(jù) 庫(kù)。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)地維護(hù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)需要進(jìn)一步的研究。 6總結(jié) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事和民用領(lǐng)域都有著廣泛的潛在用 途,是當(dāng)前技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧、安全需求、可能受到的安全攻擊及 相應(yīng)的防御方法及今后有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題等方面對(duì)目前 國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的研究進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié),有助于了解當(dāng)前無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展及現(xiàn)狀。 參考文獻(xiàn) [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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[M].哈爾濱:哈爾濱 工業(yè)大學(xué)出版社.1999.[4]遺傳算法結(jié)合FANN實(shí)現(xiàn)加速度傳感器動(dòng)態(tài)特性補(bǔ)償[J].計(jì) 量學(xué)報(bào).2005.[5]郎為民,楊宗凱,吳世忠,譚運(yùn)猛.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全研究.計(jì) 算機(jī)科學(xué).2005. 桂林電子科技大學(xué) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2015 5--2016 6 學(xué)年第 一 學(xué)期 開(kāi) 課 單 位 海洋信息工程學(xué)院 適用年級(jí)、專業(yè) 課 程 名 稱 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 主 講 教 師 王曉瑩 課 程 序 號(hào) 1510344 課 程 代 碼 BS1620009X0 實(shí) 驗(yàn) 名 稱 ns2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置及應(yīng)用 實(shí) 驗(yàn) 學(xué) 時(shí)學(xué)時(shí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)掌握虛擬機(jī)的安裝方法。 2)熟悉 Ubuntu 系統(tǒng)的基本操作方法。 3)掌握 ns2 環(huán)境配置。 4)掌握 tcl 語(yǔ)言的基本語(yǔ)句及編程規(guī)則。 5)了解使用 ns2 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真的過(guò)程。 二、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 1)系統(tǒng)：Windows 10 專業(yè)版 64 位 2)內(nèi)存：8G 3)軟件：VMware Workstation 12 Pro 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ((一 一))安裝虛擬機(jī)（簡(jiǎn)述安裝步驟） a)在 VMware 官網(wǎng)（https://#allinone 復(fù)制到根目錄，解壓到當(dāng)前位置 tar xvfz ns-allinone-2.35.tar.gz 在根目錄下打開(kāi) ns-allinone-2.35 文件夾，在里面找到 ns-2.35 打開(kāi)找 linkstate文 件 夾，打 開(kāi) 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(yùn)行 cd./ns-allinone-2.35 運(yùn)行./install #進(jìn)行安裝 d)設(shè)置環(huán) 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(yàn)證 完成后在新終端窗口 輸入 ns 出現(xiàn)% 測(cè)試： ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl 輸入 exit 退出 ns2 ((四 四))l tcl 語(yǔ)言基本使用（舉例說(shuō)明） a)創(chuàng)建 test01.tcl 文件，編輯 test01.tcl 文件,在終端輸入 touch test01.tcl #創(chuàng)建文件 gedit test01.tcl #編輯文件 b)在 test01.tcl 中輸入“九九乘法表”TCL 語(yǔ)言 c)運(yùn)行 test01.tcl，結(jié)果如圖： ((五 五))網(wǎng)絡(luò)仿真（可以選示例，也可以自己參考資料設(shè)計(jì)仿真） ((六 六))遇到的問(wèn)題及解決方法 1.Ns2 驗(yàn)證：安裝完成后在新終端窗口 輸入 ns 不出現(xiàn) % 使用 sudo apt-get install ns2 安裝后新窗口輸入 ns 出現(xiàn) % 2.TCL 語(yǔ)言測(cè)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?yàn)闆](méi)安裝 nam，輸入命令 sudo apt-get install nam 安裝成功，再驗(yàn)證就可以了。 四、 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，熟悉掌握了虛擬機(jī) VMware Workstation Pro 的安裝與系統(tǒng)創(chuàng)建安裝使用，熟悉掌握 Ubuntu 系統(tǒng)的基本命令操作，掌握 ns2 環(huán)境配置，掌握 tcl 語(yǔ)言的基本語(yǔ)句及編程規(guī)則，了解但還尚未能掌握使用 ns2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真的操作。相信之后通過(guò)理論與實(shí)踐更深的了解熟悉網(wǎng)絡(luò)仿真的知識(shí)與操作。 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 一個(gè)下午的實(shí)驗(yàn)，或許比我這大學(xué)三年多所學(xué)的理論知識(shí)更加具有實(shí)用性。開(kāi)頭，老師用一個(gè)混凝土傳送車(chē)的測(cè)量項(xiàng)目，從經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)手段等方面詳細(xì)介紹了有線測(cè)量的缺點(diǎn)與無(wú)線測(cè)量的有缺點(diǎn)。印象最深刻的一點(diǎn)是：有線測(cè)量的線路布置相當(dāng)麻煩，且成本高昂，易受外界干擾；無(wú)線測(cè)量安裝方便，隨著技術(shù)的進(jìn)步，成本也較低，抗干擾性較好，將是未來(lái)科技發(fā)展的方向。接下來(lái)便是動(dòng)手操作，其中有兩點(diǎn)感觸頗深： 第一、從基礎(chǔ)做起很重要。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)從學(xué)習(xí)測(cè)量軟件開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)都需要再軟件中事先設(shè)置妥當(dāng)。有的同學(xué)完全不管不顧就立即開(kāi)始測(cè)量，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)牛頭不對(duì)馬嘴，直接導(dǎo)致測(cè)量失敗。學(xué)習(xí)好測(cè)量軟件，接下來(lái)便是看懂實(shí)驗(yàn)原理圖，選擇正確的傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一開(kāi)始，我們無(wú)從下手，原因在于：無(wú)線傳感器本身的結(jié)構(gòu)不了解，無(wú)法有效的使用起來(lái)，輸入接入了3 通道，在軟件上采集時(shí)卻使用1通道，一直采集不到 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或者本該接在同一個(gè)傳感器的不同通道上的，卻找兩個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量。好在，經(jīng)過(guò)摸索和同學(xué) 間的討論，終于弄明白了這些問(wèn)題，希望以后的同學(xué) 們能吸取教訓(xùn)。 第二、細(xì)節(jié)很重要。 記得千分表加載測(cè)應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)中，要求輸入信號(hào)全橋 接入，共4根接入線，其中一對(duì)是電源與地線，一對(duì) 是中間節(jié)點(diǎn)線。剛開(kāi)始，我們兩個(gè)接線員一看電路圖，想當(dāng)然認(rèn)為4個(gè)電阻一樣大，4根線應(yīng)該是一樣的，變隨機(jī)接線，導(dǎo)致最后無(wú)論怎么調(diào)試都沒(méi)有輸入信號(hào)，明顯是將鄰臂接入了電路，使得輸入信號(hào)互相抵消了，正確的接法應(yīng)該是采用對(duì)臂相加原則，將R1R3或者R2R4 接入，也就說(shuō)電源線與地線必須正確對(duì)于。 經(jīng)過(guò)一下午的努力，終于完成了實(shí)驗(yàn)，整理好實(shí)驗(yàn)儀器，提交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，走出實(shí)驗(yàn)室，頓時(shí)感覺(jué)成長(zhǎng)了好多。第三篇：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述(網(wǎng)安).
第四篇：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告
第五篇：機(jī)械 無(wú)線傳感器實(shí)驗(yàn)小結(jié)
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