亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的幾個問題芻議

        2012-06-01 06:57:3675706部隊(duì)16分隊(duì)傳輸室雷治安
        電子世界 2012年1期
        關(guān)鍵詞:路由器密鑰路由

        75706部隊(duì)16分隊(duì)傳輸室 雷治安

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的幾個問題芻議

        75706部隊(duì)16分隊(duì)傳輸室 雷治安

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展前景廣闊,但在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時,要對其優(yōu)勢和不足加以綜合考慮分析,方能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò);設(shè)計(jì);問題

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless Sensor Networks,WSN)是以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù),在軍事、工業(yè)、醫(yī)療、交通、環(huán)保等諸多方面有著巨大的應(yīng)用價值,受到人們的普遍關(guān)注。WSN具有其他信息探測系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所不具備的獨(dú)特優(yōu)勢,同時也具有一定局限性。因而在進(jìn)行WSN設(shè)計(jì)時,以下幾個問題是需要我們認(rèn)真加以考慮的。

        一、網(wǎng)絡(luò)安全問題

        (一)安全路由

        WSN監(jiān)測區(qū)域分布的是大量地位平等的傳感器節(jié)點(diǎn),每個傳感器節(jié)點(diǎn)可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò),而不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。當(dāng)某些傳感器節(jié)點(diǎn)由于環(huán)境干擾或人為破壞而不能正常工作時,隨機(jī)分布的大量傳感器節(jié)點(diǎn)之間可以協(xié)調(diào)互補(bǔ),動態(tài)連接成新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),保證局部節(jié)點(diǎn)的損壞不會影響到全局。因此,WSN具有生存能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但它也有兩面性,WSN中,大量的傳感器節(jié)點(diǎn)密集分布在一個區(qū)域里,消息可能需要經(jīng)過若干節(jié)點(diǎn)才能到達(dá)目的地,而且傳感器網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)性和多跳結(jié)構(gòu),要求每個節(jié)點(diǎn)都應(yīng)具有路由功能。由于每個節(jié)點(diǎn)都是潛伏在的路由節(jié)點(diǎn),加上采用的是無線傳輸信道,因此更易受到攻擊,網(wǎng)絡(luò)存在竊聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議為整個WSN提供了的路由服務(wù),安全的路由算法會直接影響WSN安全性和可用性。安全路由協(xié)議一般采用鏈路層加密和認(rèn)證、多路徑路由、身份認(rèn)證、雙向連接認(rèn)證和認(rèn)證廣播等機(jī)制,有效提高網(wǎng)絡(luò)抵御外部攻擊的能力,增強(qiáng)路由的安全性。

        (二)安全協(xié)議

        在安全保障方面主要有密鑰管理和安全組播兩種方式。一種是密鑰管理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有諸多限制,例如節(jié)點(diǎn)能力限制,使其中只能使用對稱密鑰和Hash技術(shù)。電源能力限制,應(yīng)使其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中盡量減少通信,因?yàn)橥ㄐ诺暮碾妼⒋笥谟?jì)算的耗電。傳感器網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)考慮匯聚等減少數(shù)據(jù)冗余的問題。在部署節(jié)點(diǎn)前,將密鑰預(yù)先配置在節(jié)點(diǎn)中,通常,預(yù)配置的密鑰通過預(yù)存的秘密信息計(jì)算會話密鑰,由于節(jié)點(diǎn)存儲和能量的限制,預(yù)配置密鑰管理方案必須考慮節(jié)省存儲空間和減少通信開銷。另一種是安全組播。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能設(shè)置在敵對環(huán)境中,為防止供給者向網(wǎng)絡(luò)注入偽造信息,需要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)基于源端認(rèn)證的安全組播。在安全協(xié)議方面,出現(xiàn)了大量的研究成果,如傳感器網(wǎng)絡(luò)保密協(xié)議(Secure Network Encryption Protocol,SNEP),對廣播數(shù)據(jù)監(jiān)權(quán)協(xié)議(U TESLA)。安全協(xié)議就是從路由安全的角度出發(fā),尋找盡可能安全的路由以保證網(wǎng)絡(luò)安全。

        二、能量有限問題

        首先是WSN能量的有限性。WSN中傳感器節(jié)點(diǎn)體積微小,一般依賴能量有限的電池供電。其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域和大規(guī)模的應(yīng)用數(shù)量,決定使用中很難對其進(jìn)行能量更新,一旦電池耗盡該節(jié)點(diǎn)便隨即“死亡”。其次是通信能力的有限性。由于無線通信所需能量與通信距離的n次方成正比,隨通信距離的增加,WSN中傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗將急劇增加。受能量的約束,節(jié)點(diǎn)必須在滿足通信暢通和生命周期正常的條件下考慮提高通信距離。同時,受外界地理?xiàng)l件、自然環(huán)境等的影響,無線通信性能可能經(jīng)常變化,會頻繁出現(xiàn)通信中斷等現(xiàn)象,這也使WSN系統(tǒng)的通信能力受到很大的限制。因此,在WSN設(shè)計(jì)過程中如何提高能量使用效率和節(jié)點(diǎn)生命周期,是需要考慮的首個重要因素。如何在不影響功能的前提下,盡可能節(jié)約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池能量成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計(jì)中的核心問題?,F(xiàn)在,已有一些解決方法,在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,由于傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測事件的偶發(fā)性,沒有必要讓所有單元均工作在正常狀態(tài)下,可采用休眠模式,能自適應(yīng)的休眠和喚醒,進(jìn)行突發(fā)工作,節(jié)省能量。還可將所有功耗單元有機(jī)組合,形成不同狀態(tài),讓傳感器節(jié)點(diǎn)能根據(jù)需要在不同狀態(tài)間切換,這樣既可滿足系統(tǒng)需要,又節(jié)省能量。還可以動態(tài)調(diào)節(jié)電壓節(jié)省能量,根據(jù)負(fù)載狀態(tài)動態(tài)調(diào)節(jié)供電電壓,形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng),節(jié)省能量。例如,數(shù)據(jù)融合技術(shù),就能保證在向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)前,處理掉大量冗余的數(shù)據(jù)信息,從而節(jié)省網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)能量??傊跐M足系統(tǒng)要求的情況下,采用各種方法降低耗電量非常必要。

        三、容錯機(jī)制問題

        任何一個實(shí)用網(wǎng)絡(luò)都必須有很好的容錯機(jī)制,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也是如此。在實(shí)際應(yīng)用中,由于傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)常處于惡劣的自然環(huán)境中,有時甚至?xí)L時間離線工作,同時,傳感器多為嵌入式系統(tǒng)裝置,自身出現(xiàn)故障的可能性較高,而且有時節(jié)點(diǎn)的電池會沒電,此外,傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布廣的特點(diǎn)也使網(wǎng)絡(luò)維護(hù)十分困難甚至無法維護(hù)。為了保障系統(tǒng)性能,傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有很強(qiáng)的容錯性能?,F(xiàn)在有很多容錯機(jī)制,例如可采用局部恢復(fù)、多徑多備份及利用編碼理論等,但采用這些措施都要付出一定代價。可針對不同的應(yīng)用環(huán)境和要求,采用不同的容錯機(jī)制。另外,WSN系統(tǒng)對傳感器節(jié)點(diǎn)這種需要大規(guī)模部署的微型嵌入式系統(tǒng)的要求非常高,包括體積小、價格低、功耗小等。受這些要求的限制,傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、程序空間和內(nèi)存空間非常有限,同時面向WSN的算法計(jì)算設(shè)計(jì)也要盡可能簡單,便于在傳感器節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。

        四、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題

        首先要分析的是WSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性強(qiáng)的一面。WSN是一個動態(tài)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)隨時可能因?yàn)榉N種原因退出或加入網(wǎng)絡(luò)。此時,原有的WSN可以有效地容納或剔除變化的節(jié)點(diǎn),快速形成新的網(wǎng)絡(luò)并繼續(xù)原來的工作,無需外界幫助。其次要分析的是WSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組織能力強(qiáng)的一面。WSN是一個節(jié)點(diǎn)對等網(wǎng)絡(luò),每個節(jié)點(diǎn)都具有路由功能,網(wǎng)絡(luò)中不存在嚴(yán)格的中心控制節(jié)點(diǎn)。其工作的展開不依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以通過自我協(xié)調(diào)、自動布置,快速、自動地組成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。

        基于以上兩方面原因,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、網(wǎng)狀和混合三種方式,至于采用哪種結(jié)構(gòu),取決于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)目、頻率、傳輸距離、電池的生命期要求及節(jié)點(diǎn)變化的水平和靈活性。

        在星形結(jié)構(gòu)中,業(yè)務(wù)流只發(fā)生在基站與節(jié)點(diǎn)之間,基站負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)和各種命令消息,并負(fù)責(zé)與更高水平的網(wǎng)絡(luò)之間的通信。星形結(jié)構(gòu)耗能少,但受限于直傳距離。

        網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是多跳的系統(tǒng),業(yè)務(wù)流可發(fā)生在各個節(jié)點(diǎn)之間,每個節(jié)點(diǎn)都能與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)建立直接的通信鏈路。這些鏈路的建立可基于每個節(jié)點(diǎn)具有等價權(quán)利的分布式算法,或基于基站擁有優(yōu)先權(quán)的集中式算法,也可是兩者的結(jié)合。該結(jié)構(gòu)具備很強(qiáng)的健壯性,因?yàn)槊總€節(jié)點(diǎn)都有多條鏈路連接到其他節(jié)點(diǎn)或基站,一旦某個節(jié)點(diǎn)失敗,網(wǎng)絡(luò)馬上會在這個節(jié)點(diǎn)周圍進(jìn)行重配,保持節(jié)點(diǎn)之間的連接。由于每個節(jié)點(diǎn)都要關(guān)心鏈路變化消息,增加了處理負(fù)擔(dān),加大了能量消耗。

        圖1

        星形與網(wǎng)狀混合方式既保持了星形結(jié)構(gòu)低能耗和簡單的優(yōu)點(diǎn),又具備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展范圍和自修復(fù)功能,其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

        設(shè)置一些節(jié)點(diǎn)以星形方式圍繞在路由器或中繼器周圍,這些路由器或中繼器以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。這樣,路由器擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,提供了更強(qiáng)的健壯性。無線傳感器的節(jié)點(diǎn)可連接到多個路由器,當(dāng)某路由器失敗或某鏈路失敗時,網(wǎng)絡(luò)就會利用剩余的路由器重新配置,以保持節(jié)點(diǎn)之間連接的連續(xù)性。該結(jié)構(gòu)為節(jié)點(diǎn)提供了極高的靈活性及對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目快速變化的適應(yīng)性,并能使擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋帶來的能量消耗最小,因此,混合組網(wǎng)是自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的較好選擇。

        總之,WSN安全機(jī)制、容錯機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、能量問題是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),需要高度重視,解決了這些問題,方能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,進(jìn)而成功進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),并對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模走向應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        猜你喜歡
        路由器密鑰路由
        探索企業(yè)創(chuàng)新密鑰
        買千兆路由器看接口參數(shù)
        科教新報(2022年24期)2022-07-08 02:54:21
        密碼系統(tǒng)中密鑰的狀態(tài)與保護(hù)*
        探究路由與環(huán)路的問題
        一種對稱密鑰的密鑰管理方法及系統(tǒng)
        基于ECC的智能家居密鑰管理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
        你所不知道的WIFI路由器使用方法?
        PRIME和G3-PLC路由機(jī)制對比
        WSN中基于等高度路由的源位置隱私保護(hù)
        eNSP在路由交換課程教學(xué)改革中的應(yīng)用
        河南科技(2014年5期)2014-02-27 14:08:56
        国产精品久久久久久久妇| 亚洲中文字幕乱码免费看| 中文字幕在线乱码亚洲| 久久96国产精品久久久| 中文字幕人妻丝袜美腿乱| 亚洲av影院一区二区三区四区| 精品女人一区二区三区| 国产女人好紧好爽| 日韩人妻无码一区二区三区| 国产精品无码久久久久免费AV | 夜夜高潮夜夜爽免费观看| 久久精品国产精品亚洲| 国产成人久久777777| 日韩精品视频在线观看免费| 中文字幕在线乱码日本| 医院人妻闷声隔着帘子被中出| 真人二十三式性视频(动) | av福利资源在线观看| 一区二区亚洲精品在线| 国产一区二区女内射| 91免费在线| 中文字幕日韩一区二区不卡| 久久天天躁夜夜躁狠狠85麻豆 | 国产成人久久精品二区三区牛| 国产一区二区黑丝美女| 日韩精品久久中文字幕| 人妻丰满熟妇av无码片| 亚洲欧美日韩精品久久亚洲区色播 | 青草内射中出高潮| 国品精品一区二区在线观看| 日本一区二区高清视频在线| 欧美v国产v亚洲v日韩九九| 亚洲男人的天堂在线播放| 久久亚洲国产成人精品v| 亚洲av高清不卡免费在线| 国产亚洲精品美女久久久| 久久网视频中文字幕综合| 国产一区不卡视频在线| 国产激情久久久久久熟女老人| 一本无码人妻在中文字幕免费 | 巨爆中文字幕巨爆区爆乳|