无线传感器网络及其安全.ppt

San Jose / April 19-20, 2005 XTrack 无线传感器网络及其安全WSN-Wireless Sensor Networks 1. 传感器网络概述 基础 微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术 解释1 由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的无线网络系统。 解释2： 传感器网络是由一组传感器以特定方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。 传感器网络的三个基本要素： 传感器，感知对象，观察者 传感器网络的基本功能 协作地感知、采集、处理和发布感知信息 传感器网络的发展 第一代传感器网络 20世纪70年代。点对点传输，具有简单信息获取能力。 第二代传感器网络 获取多种信息的综合能力，采用串/并接口与传感控制器相联。 第三代传感器网络 20世纪90年代后期。智能传感器采用现场总线连接传感控制器构成局域网络。 第四代传感器网络 以无线传感器网络为标志，正处于研究和开发阶段。 传感器网络的网络结构 sink -汇聚点 sensor node -传感器节点 sensor field -监测区域 普通节点和Sink节点：完成数据采集和多跳中继传输。网关节点G：完成无线和有线信号转换，实现CERNET2的接入。监控中心CC：完成区域数据的综合处理。 传感器网络的实体 传感器节点 功能：采集、处理、控制和通信等 网络功能：兼顾节点和路由器 资源受限：存储、计算、通信、能量 Sink节点 功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。 特点：连续供电、功能强、数量少等 由电源、数据获取单元DAU、数据处理单元DPU、数据发送和接收单元DSRU构成。 传感器网络的特点 大规模网络：地理区域大；部署密集 自组织网络：不确定性；拓扑结构变化 资源受限：计算、存储、通讯、能量 动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点加入 可靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性 应用相关：没有统一的通信协议平台 以数据为中心 传感器节点的限制 电源能量有限 通信能力有限 计算和存储能力有限 传感器网络概述－与ad hoc的不同 WSN 结点数量更为庞大 多数节点为静止 节点分布更为密集 能量约束 结点更容易出错 拓扑结构变化频繁 Ad hoc 几十至上百个节点 局域网 节点全移动 结构变化（移动） 能量可连续提供 点到点通信 2. 国内外研究现状 引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的极大关注 美国军方：C4KISR计划、Smart Sensor Web、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统CEC 等。 Intel公司：2002年基于微型传感器网络的新型计算发展规划。 美国NSF：2003年制定了传感器网络研究计划。 美国Dust Networks和Crossbow Technologies等公司： “智能尘埃、Mote”已进入应用测试。 英国、日本、意大利等国：开展该领域的研究工作。 我国也开展了这一领域的研究工作：无线传感器结点的硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等。 例1：智能尘埃Smart Dust ? 光信号传输 ? 很微小，微米级的包含传感和通信的平台 ? 具有计算能力，双向无线通信能力，自带电源 ? 成本比较低，适合大规模生产和部署 ? 有特定的用途与功能： 空间探测 远距离交通流量探测 建筑物情况监控 战场，自然资源监视 智能尘埃Smart Dust 智能尘埃Smart Dust：大小比较 例2： Mote 无线电波传输， 元件齐全，选择性高， 功能较完善 3. 无线传感器网络应用 军事： 监控敌方部署、装备、军火情况 战场监视 定位 战场损失评估 核、生化武器攻击监测和侦察 环保： 森林防火 洪水监测 污染监控 精准农业 生物种群研究 无线传感器网络应用 医疗： 无线监测人体生理数据 医院药品管理 老年人健康状况监控 远程医疗 空间探索： 星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索。 选定着陆场地 其他应用： 紧急和临时场合应急通信：地震、水灾、强热带风暴灾害地区、边远或偏僻野外地区 交通流量监控 智能化房屋 结构健康监测 机械设备状态监测 例2: 英国石化－油轮应用 监测油轮发动机及旋转设备 系统能够运行在苛刻的环境下