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《工业传感网应用技术》
项目3智能车间产品质量在线监测与分拣系统
项目集成
任务1项目集成方案设计
了解机械零件在线检测系统的基本概况；
掌握传感器应用系统的总体设计方法；
了解无线传感器网络安全知识；
会绘制无线传感器网络总体结构图。
学习目标
Goal
根据前两个项目的学习，完成机械零件产品质量检测系统项目集成部分的系统总体设计
分析工业传感网络安全方面的知识
进行合理设计系统框架，分析系统关键技术
完成项目的集成方案设计
工作任务
Task
系统集成设计
1
系统拓扑图设计
每个车间都有一个独立的在线检测系统，通过传感器获取检测数据，利用ZigBee网络发送至汇聚节点，汇聚节点通过4G、WiFi等无线网络将数据发送至嵌入式网关，再由网关将数据发送至服务器，每个车间的检测系统组成了一个无线传感器网络。客户端用户可以通过电脑、手机等终端设备，通过Internet访问数据中心，从而可以实现对检测系统的实时监测。
系统总体设计
1
系统流程图设计
（1）无线传感器网络基础知识
在该步骤中将用到的无线传感器网络拓扑结构的知识请参考项目一任务一中[知识链接]中的相应介绍；Zigbee协议栈架构的知识请参考项目一任务三中[知识链接]的相应介绍
无线传感器网络的构建
2
（2）无线传感器网络拓扑结构的选择
机械零件在线检测系统主要用于产品生产过程中的质量检测
充分考虑系统的复杂性、实时性、开放性等特点，本项目选用簇树状网络结构
无线传感器网络的构建
2
以公司的生产车间为单位，每一个生产车间作为一个簇，簇之间的通信通过每个车间的簇头节点的转发来完成数据通信，簇头节点在采集检测设备信号时还要收集成员节点采集到的信号，并发送至汇聚节点，最后发送至嵌入式网关。
（1）影像传感器检测的关键技术
圆形机械零件检测图像的边缘获取
获取图像后的处理
传感器检测的关键技术
3
霍夫变换的算法如图所示，在图像边缘点等间隔选取不在一条直线上的三个点计算出它们对应的圆参数P，对这些圆参数值进行归类，将相互误差小于允许误差D的圆参数设为一个子集，若子集内的个数N达到指定阈值X时，该子集对应的圆即为拟合到的标准圆。若大于允许误差D，则将圆参数P设为一个新的子集。
（2）容栅式位移传感器检测的关键技术
容栅式位移传感器是一种应用于测量位移的数字式传感器，是在变面积型电容传感器基础上开发而来
传感器检测的关键技术
3
分为三类：直线形、圆形和圆筒形，其中直线形和圆筒形主要用于直线位移的测量，圆形主要用于角位移的测量
本系统中采用的是直线形
1.无线传感器网络安全问题
知识链接
能量限制。节点在部署后很难替换和充电，所以低能耗是设计安全算法时首要考虑的因素。
有限的存储、运行空间和计算能力。传感器节点用来存储、运行代码的空间十分有限，并且其CPU的运算能力也不能与一般的计算机相提并论。
通信的不可靠性。无线信道通信的不稳定、节点并发通信的冲突和多跳路由的较大延迟，故设计安全算法时必须考虑容错问题，合理协调节点通信，并尽可能减少对时间同步的要求。
节点的物理安全无法保证。在进行安全设计时必须考虑被俘节点的检测、撤除问题，同时还要将被俘节点导致的安全隐患扩散限制在最小范围内。
节点布置的随机性。节点往往是被随机地投放到目标区域，节点之间的位置关系一般在布置前是不可预知的。
安全需求与应用相关。无线传感网的应用十分广泛，而不同应用对安全的需求往往是不同的。
2.无线传感器网络基本安全需求
知识链接
机密性。网络中重要的敏感数据传输和转发的过程中都要进行加密，保证其机密性，信息只能是掌握密钥的授权实体才能知道，任何其它实体不能通过截获物理信号或其他方式获得信息
数据完整性。数据包被接收后，接收者能够确定被数据包在传输过程中没有被恶意节点、敌方等更改过或在传输中出错
节点认证。为了防止攻击者冒充网络中的节点，骗取网络中重要的资源和信息，通信节点间要能够实现身份认证。对于传感器网络来说，认证技术是网络安全的重要组成部分
新鲜性。新鲜性是指数据要具有时效性，网络中传输的数据必须是新鲜的必威体育精装版产生的数据包。造成新鲜性问题的原因有两个：一是因为数据包传输处理延时引起的，另一个是由重放攻击而引起
广播认证。广播认证和节点认证不同，它解决的是单一节点同时向多个节点发送数据的认证安全问题
3.无线传感器网络面临的安全威胁
知识链接
协议栈层次
可能面临的安全威胁
可采用的防御
物理层
物理捕获
伪装隐藏，捕获感知
拥塞攻击
高优先级通知、通信模式转换、跳频频
数据链路层
非公平竞争
无优先级、短帧策略
碰撞攻击
数据包发送机制
耗尽攻击
重传门限
网络层
虚假路由信息
数据加密，身份认证
丢弃和贪婪
冗余路径，探测机制
槽洞攻击、隧道攻击
身份认证、冗余路径、监视、加入地理位置
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