㈠ 無線感測器網路可能採用哪些無線通信方式
基於XL.SN智能感測網路的無線感測器數據採集傳輸系統，可以實現對溫度，壓力，氣體，溫濕度，液位，流量，光照，降雨量，振動，轉速等數據參數的實時採集，無線傳輸，無線監控與預警。在實際應用中，無線感測器數據採集傳輸系統常見的包括深圳信立科技農業物聯網智能大棚環境監控系統，智慧養殖環境監控系統，智慧管網管溝監控系統，倉儲館藏環境監控系統，機房實驗室環境監控系統，危險品倉庫環境監控系統，大氣環境監控系統，智能製造運行過程監控系統，能源管理系統，電力監控系統等。
無線感測器數據採集傳輸系統，比較常用的的無線數據傳輸組網技術包括433MHZ，Zigbee（2.4G），運營商網路(GPRS)等三種方式，其中433MHZ，Zigbee（2.4G）屬於近距離無線通訊技術，並且都使用ISM免執照頻段。運營商網路(GPRS)屬於遠距離無線通訊技術，按數據流量收費。
1、基於Zigbee（2.4G）的智能感測網路
ZigBee的特點是低功耗、高可靠性、強抗干擾性，布網容易，通過無線中繼器可以非常方便地將網路覆蓋范圍擴展至數十倍，因此從小空間到大空間、從簡單空間環境到復雜空間環境的場合都可以使用。但相比於WiFi技術，Zigbee是定位於低傳輸速率的應用，因此Zigbee顯然不適合於高速上網、大文件下載等場合。對於餐飲行業的無線點餐應用，由於其數據傳輸量一般來說都不是很大，因此Zigbee技術是非常適合該應用的。
2、基於433MHz的智能感測網路
433MHz技術使用433MHz無線頻段，因此相比於WiFi和Zigbee，433MHz的顯著優勢是無線信號的穿透性強、能夠傳播得更遠。但其缺點也是很明顯的，就是其數據傳輸速率只有9600bps，遠遠小於WiFi和Zigbee的數據速率，因此433Mhz技術一般只適用於數據傳輸量較少的應用場合。從通訊可靠性的角度來講，433Mhz技術和WiFi一樣，只支持星型網路的拓撲結構，通過多基站的方式實現網路覆蓋空間的擴展，因此其無線通訊的可靠性和穩定性也遜於Zigbee技術。另外，不同於Zigbee和WiFi技術中所採用的加密功能，433Mhz網路中一般採用數據透明傳輸協議，因此其網路安全可靠性也是較差的。
3、基於運營商的智能感測網路
GPRS無線傳輸設備主要針對工業級應用，是一款內嵌GSM/GPRS核心單元的無線Modem，採用GSM/GPRS網路為傳輸媒介，是一款基於移動GSM短消息平台和GPRS數據業務的工業級通訊終端。它利用GSM 移動通信網路的簡訊息和GPRS業務為用戶搭建了一個超遠距離的數據傳輸平台。
標准工業規格設計，提供RS232標准介面，直接與用戶設備連接，實現中英文簡訊功能，彩信功能，GPRS數據傳輸功能。具有完備的電源管理系統，標準的串列數據介面。外觀小巧，軟體介面簡單易用。可廣泛應用於工業簡訊收發、GPRS實時數據傳輸等諸多工業與民用領域。
㈡ 設計無線感測器網路的節點部署方案時必須考慮哪些問題
設計無線感測器網路節點需要遵循以下幾個主要的原則。
（1）微型化與低成本
由於無線感測器網路節點數量大，只有實現節點的微型化與低成本才有可能大規模部署與應用。因此節點的微型化與低成本一直是研究人員追求的主要目標之一。對於目標跟蹤與位置服務一類的應用來說，部署的無線感測器節點越密，定位精度就越高。對於醫療監控類的應用來說，微型節點容易被穿戴。實現節點的微型化與低成本需要考慮硬體與軟體兩個方面的因素，而關鍵是研製專用的片上系統（System on Chip，SoC）晶元。對於傳統的個人計算機，內存2GB、硬碟100GB已經是常見的配置，而一個典型的無線感測器節點的內存只有4kB、程序存儲空間只有10kB。正是因為感測器節點硬體配置的限制，所以節點的操作系統、應用軟體結構的設計與軟體編程都必須注意節約計算資源，不能夠超出節點硬體可能支持的范圍。
（2）低功耗
感測器節點在使用過程中受到電池能量的限制。在實際應用中，通常要求感測器節點數量很多，但是每個節點的體積很小，攜帶的電池能量十分有限。同時，由於無線感測器網路的節點數量多、成本低廉、部署區域的環境復雜，有些區域甚至人員不能到達，因此感測器節點通過更換電池來補充能源是不現實的。如何高效使用有限的電池能量，來最大化網路生命周期是無線感測器網路面臨的最大的挑戰。
感測器節點消耗能量的模塊包括：感測器模塊、處理器模塊和無線通信模塊。隨著集成電路工藝的進步，處理器和感測器模塊的功耗變得很低。圖2-43給出了感測器節點各部分能量消耗情況。從圖中可以看出，感測器節點能量的絕大部分消耗在無線通信模塊。感測器節點發送信息消耗的電能比計算更大，傳輸1bit信號到相距100m的其他節點需要的能量相當於執行3000條計算指令消耗的能量。
圖2-43感測器節點各部分能量消耗情況無線通信模塊存在四種狀態：發送、接收、空閑和休眠。無線通信模塊在空閑狀態一直監聽無線信道的使用情況，檢查是否有數據發送給自己，而在休眠狀態則關閉通信模塊。從圖中可以看到，無線通信模塊在發送狀態的能量消耗最大；在空閑狀態和接收狀態的能量消耗接近，但略少於發送狀態的能量消耗；在休眠狀態的能量消耗最少。為讓網路通信更有效率，必須減少不必要的轉發和接收，不需要通信時盡快進入休眠狀態，這是設計無線感測器網路協議時需要重點考慮的問題。
（3）靈活性與可擴展性
無線感測器網路節點的靈活性與可擴展性表現在適應不同的應用系統，或部署在不同的應用場景中。例如，感測器節點可以用於森林防火的無線感測器網路中，也可以用於天然氣管道安全監控的無線感測器網路中；可以用於沙漠乾旱環境下天然氣管道安全監控，也可以用於沼澤地潮濕環境的安全監控；可以適應單一聲音感測器精確位置測量的應用，也可以適應溫度、濕度與聲音等多種感測器的應用；節點可以按照不同的應用需求，將不同的功能模塊自由配置到系統中，而不需重新設計新的感測器節點；節點的硬體設計必須考慮提供的外部介面，可以方便地在現有的節點上直接接入新的感測器。軟體設計必須考慮到可裁剪，可以方便地擴充功能，可以通過網路自動更新應用軟體。
（4）魯棒性
普通的計算機或PDA、智能手機可以通過經常性的人機交互來保證系統的正常運行。而無線感測器節點與傳統信息設備最大的區別是無人值守，一旦大量無線感測器節點被飛機拋灑或人工安置後，就需要獨立運行。即使是用於醫療健康的可穿戴節點，也需要獨立工作，使用者無法與其交互。對於普通的計算機，如果出現故障，人們可以通過重啟來恢復系統的工作狀態。而在無線感測器網路的設計中，如果一個節點崩潰，那麼剩餘的節點將按照自組網的思路，重新組成具有新拓撲的自組網。當剩餘的節點不能夠組成新的網路時，這個無線感測器網路就失效了。因此感測器節點的魯棒性是實現無線感測器網路長時間工作重要的保證。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html
㈢ 無線感測器網路和嵌入式系統開發這兩個研究方向，哪一個更有前途
嵌入式系統開發更好找工作，信我的沒錯，無線感測器網路太偏技術一般猜嫌不好找，嵌入式的高枯東西現在越來越多，穗念手以後更是所以肯定好找工作
㈣ 無線感測網路的問題
涉及的內容是挺多的，
1.硬體方面的（目前處除了軍用，或其他一些特定應用外，我們國家很多感測器晶元用的還都是國外的，沒有過硬的技術啊）。
2.無線感測器網路協議研究。根據感測器網路自身的特點，結合應用，量身打造更合適的通信協議。
3.軟體方面的。目前有系統級別的Tiny OS，編程語言nesC，針對特定應用編寫輕量級程序。
4.無線感測器數據管理層面。可以研究網路數據流挖掘之類的。
哪個最有前景？1最有發展空間，但難度大。3是基礎，最容易上手，想有突破很難。2和4，自己想吧。
以上都是個人粗淺見解，做個參考。
㈤ 感測器網路的作用
感測器網路主要包括三個方面：感應、通訊、計算（硬體、軟體、演算法）。其中的關鍵技術主要有無線資料庫技術，比如使用在無線感測器網路的查詢，和用於和其它感測器通訊的網路技術，特別是多次跳躍路由協議。例如摩托羅拉使用在家庭控制系統中的ZigBee無線協議。
感測器網路與感測器
感測器網路與感測器是什麼關系呢？它究竟是一種感測器呢還是一種網路呢？在回答這個問題之前，我們先來看一下感測器網路中感測節點的系統組成吧。如圖1所示，一般可以將感測節點分解為感測模塊、微處理器最小系統、無線通信模塊、電源模塊和增強功能模塊5個組成部分，其中增強功能模塊為可選配置。
圖1 感測器網路中感測節點的系統組成
可以把感測模塊和電源模塊看作傳統的感測器，如果再加上微處理器最小系統就可對應於智能感測器，而無線通信模塊是為了實現無線通信功能而比傳統感測器新增加的功能模塊。增強功能模塊是可選配置，例如時間同步系統、衛星定位系統、用於移動的機械繫統等。
從感測節點的系統組成上看，感測器網路可以看作是多個增加了無線通信模塊的智能感測器組成的自組織網路。而從功能上看，感測器和感測器網路大致相同，都是用來感知監測環境信息的，不過顯然感測器網路具備更高的可靠性。
感測器網路的發展
感測器網路是怎樣發展起來的呢？
最早的感測器網路可以追溯到上世紀70年代美軍在越戰中使用的「熱帶樹」感測器。為了遏制北越在胡志明小道的後勤補給，美軍在這條小道上沿途投放了上萬個「熱帶樹」感測器，這是一種振動和聲響感測器，當北越車隊經過時感測器探測到振動和聲響即向指揮中心發送感知信號，美軍收到信號後即組織轟炸，有資料顯示越戰期間美軍依靠「熱帶樹」的幫助總共炸壞了4萬多輛北越運輸卡車。
「熱帶樹」感測器之間沒有通信能力，所以實際上還稱不上網路的概念。20世紀80年代以來，美國軍方陸續與高校開展感測器網路方面的研究合作，旨在建立能夠用於軍事用途的自組織的無線感測器網路，這期間在硬體、軟體、標准化和產品化等方面取得了一系列的重大進展。
2000年，美國加州大學伯克利分校發布了感測器節點專用操作系統TinyOS，後續又推出專用程序設計語言nesC。2001年，伯克利分校又推出Mica系列感測器節點產品。TinyOS和Mica取得了巨大的成功，直到今天它們仍然得到了廣泛的應用。
2001年，ZigBee聯盟成立，並對無線感測器網路的通信協議進行了全面的標准化，後續多家公司發布了多款符合ZigBee協議標準的晶元和產品。
感測器網路未來的發展趨勢
感測器網路未來的發展趨勢又如何呢？
感測器網路技術誕生至今也不過幾十年的時間，最近更是得到了美國之外歐洲、中國和日韓等國的重視和關注，目前其發展前沿也在不斷延伸。總體說來，大致可以將其發展趨勢劃分為兩大類：其一是設計用於完成特殊任務的無線感測器網路，例如無線多媒體感測器網路和無線感測執行網路。其二是設計用於特殊應用環境下工作的無線感測器網路，例如水下環境和地下環境。
無線多媒體感測器網路（WMSN, Wireless Multimedia Sensor Network）在感測器節點上藉助多媒體感測單元將音頻、視頻、圖像等多媒體信息傳送到管理節點，能夠實現對復雜多變環境的監測。
無線感測執行網路（WSAN, Wireless Sensor and Actor Network）在WSN的基礎上加入了執行節點（Actor），執行節點根據收集到的監測信息做出決策並執行相關操作，從而在對環境監測的基礎上進一步實現對環境的控制。
水聲無線感測器網路（UW-ASN, Underwater Acoustic Sensor Network）採用水聲無線通信技術實現水下感測器節點之間的通信連接，能夠完成海洋采樣、環境監測、水下開采、輔助航行等任務。
㈥ 無線感測器在網路中的應用設計
下面是由整理的畢業設計論文《無線感測器在網路中的應用設計》，歡迎閱讀。
1引言
無線感測器網路(Wireless Sensor Networks，簡稱WSNs)是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成，通過無線通信形成一個多跳自組織網路系統，能夠實時監測、感知和採集網路分布區域內監視對象的各種信息，並加以處理，完成數據採集和監測任務。WSNs綜合了感測器、嵌入式計算、無線通訊、分布式信息處理等技術，具有快速構建、自配置、自調整拓撲、多跳路由、高密度、節點數可變、無統一地址、無線通信等特點，特別適用於大范圍、偏遠距離、危險環境等條件下的實時信息監測，可以廣泛應用於軍事、交通、環境監測和預報、衛生保健、空間探索等各個領域。
2節點的總體設計和器件選型
2.1節點的總體設計
WSNs微型節點應用數量比較大，更換和維護比較困難，要求其節點成本低廉和工作時間盡可能長;功能上要求WSNs中不應該存在專門的路由器節點，每個節點既是終端節點，又是路由器節點。節點間採用移動自組織網路聯系起來，並採用多跳的路由機制進行通信。因此，在單個節點上，一方面硬體必須低能耗，採用無線傳輸方式;另一方面軟體必須支持多跳的路由協議。基於這些基本思想，設計了以高蘆此空檔8位AVR單片機ATmega128L為核心，結合外圍感測器和2.4 GHz無線收發模塊CC2420的WSNs微型節點。這兩款器件的體積非常小，加上外圍電路，其整體體積也很小，非常適合用作WSNs節點的元件。
圖1給出WSNs微型節點結構。它由數據採集單元、數據處理單元、數據傳輸單元和電源管理單扒汪元4部分組成。數據採集單元負責監測區域內信息的採集和數據轉換，設計中包括了可燃性氣體感測器和濕度感測器;數據處理單元負責控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理、任務管理等;數據傳輸單元負責與其他節點進行無線通信，交換控制消息和收發採集數據;電源管理單元選通所用到的感測器，節點電源由幾節AA電池組成，實際工業應用中採用微型紐扣電池，以進一步減小體積。為了調試方便及可擴展性，可將數據採集單元獨立出來，做成兩塊能相互套接的可擴展主板。
2.2處理器選型
處理器的選型要求和指標是功耗低，保證長時間不更換電源也能順利工作，供給電壓小於5 V，有較快的處理速度和能力，由於節點是需要大量安置的，所以價格也要相對便宜。選用AVR單片機，考慮到電路中I/O的個數不多，功耗低、成本低、適合與無線器件介面配合等多方面因素，綜合對比後，選用Atmel公司的ATmega128L。該微型控制器擁有豐富的片上資源，包括4個定時器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM;擁有UART、SPI、I2C、JTAG介面，方便無線器件和感測器的接入;有6種電源節能模式，方便低功耗設計。
2.3無線通信器件選型 CC2420是一款符合ZigBee技術的高集成度工業用射頻收發器，其MAC層和PHY層協議符合802.15.4規范，工作於2.4 GHz頻段。該器件只需極少外部元件，即可確保短距離通信的有效性和可靠性。數據傳輸單元模塊支持數據傳輸率高達250 Kb/s，即可實現多點對多點的快速組網，系統體積小、成本低、功耗小，適於電池長期供電，具有硬體加密、安全可靠、組網靈活、抗毀性強等特點。
2.4感測器選型
由於WSNs是用於礦下安全監測，常要檢測礦下可燃氣體的濃度(預防瓦斯氣體濃度過高)和空氣濕度，所以要選擇測量氣體濃度和濕度的感測器。
2.4.1 HIH-4000系列測濕感測器
HIH-4000系列測濕感測器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組件(SIP)能提供儀表測量質量的相對濕度(RH)感測性能。RH感測器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容感測元件，其內部具有信號處理功能。感測器的多層結構對應用環境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環境中常見的化學品具有最佳的抗力，因此可認定陪瞎它能適用礦下環境。
2.4.2 MR511熱線型半導體氣敏元件
MR511型氣敏元件利用氣體吸附在金屬氧化物半導體表面而產生熱傳導變化及電傳導變化的原理，由白金線圈電阻值變化測定氣體濃度。MR511由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時，檢測元件的電阻減小，橋路輸出電壓變化，該電壓變化隨氣體濃度的增大而成比例增大，補償元件具有溫度補償作用。MR511除具有靈敏度高、響應恢復時間短、穩定性好特點外，還具有功耗小，抗環境溫濕度干擾能力強的優點。WSNs的節能和井下惡劣溫濕環境要求MR5111可以滿足。
3 WSNs節點設計
3.1數據採集單元
考慮到無線感測器網路節點的節能和井下惡劣的溫濕環境，為了便於數據採集，系統設計採用HIH-4000-01型測濕度感測器和MR511熱線型半導體氣體感測器。圖2、圖3分別給出其電路設計圖。
3.2數據處理單元
ATmega128L的外圍電路設計簡單，設計時注意在數字電路的電源並人多隻電容濾波。ATmega128L的工作時鍾源可以選取外部晶振、外部RC振盪器、內部RC振盪器、外部時鍾源等方式。工作時鍾源的選擇通過ATmega128L的內部熔絲位來設計。熔絲位可以通過JTAG編程、ISP編程等方式設置。ATmega128L採用7.3728 MHz和32.768 kHz兩個外部晶振。前者用作工作時鍾，後者用作實時時鍾源。
3.3數據傳輸單元
3.3.1 CC2420外圍電路設計
圖4給出數據傳輸單元的外圍電路。CC2420隻需要極少的外圍元器件。其外圍電路包括晶振時鍾電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器介面電路3部分。
射頻輸入/輸出匹配電路主要用來匹配器件的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50 Ω，同時為器件內部的PA及LNA提供直流偏置。射頻輸入/輸出是高阻抗，有差別。射頻端最適合的負載是115+j180 Ω。C61、C62、C71、C81、L61組成不平衡變壓器，L62和L81匹配射頻輸入輸出到50 Ω;L61和L62同時提供功率放大器和低雜訊放大器的直流偏置。內部的T/R開關是為了切換低雜訊放大器/功率放大器。R451偏置電阻是電流基準發生器的精密電阻。CC2420本振信號既可由外部有源晶體提供，也可由內部電路提供。若由內部電路提供時，需外加晶體振盪器和兩只負載電容，電容的大小取決於晶體的頻率及輸入容抗等參數。設計採用16 MHz晶振時，其電容值約為22 pF。C381和C391是外部晶體振盪器的負載電容。片上電壓調節器提供所有內部1.8 V電源的供應。C42是電壓調節器的負載電容，用於穩定調節器。為得到最佳性能必須使用電源去耦。在應用中使用大小合適的去耦電容和功率濾波器是非常重要的。CC2420可以通過4線SPI匯流排(SI、SO、SCLK、CSn)設置器件的工作模式，並實現讀，寫緩存數據，讀/寫狀態寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP引腳介面的狀態可設置發射/接收緩存器。
3.3.2配置IEEE 802.15.4工作模式
CC2420為IEEE 802.15.4的數據幀格式提供硬體支持。其MAC層的幀格式為：頭幀+數據幀+校驗幀;PHY層的幀格式為：同步幀+PHY頭幀+MAC幀，幀頭序列的長度可通過設置寄存器改變，採用16位CRC校驗來提高數據傳輸的可靠性。發送或接收的數據幀被送入RAM中的128位元組緩存區進行相應的幀打包和拆包操作。表1給出CC2420的四線串列SPI介面引腳功能。它是設計單片機電路的依據，充分發揮這些功能是設計無線通信產品的前提。
3.3.3 CC2420與單片機介面電路設計
圖5給出CC2420與ATmega128L單片機的介面電路。CC2420通過簡單的四線(SI、SO、SCLK、CSn)與SPI兼容串列介面配置，這時CC2420是受控的。ATmega128L的SPI介面工作在主機模式，它是SPI數據傳輸的控制方;CC2420設為從機工作方式。當ATmega128L的SPI介面設為主機工作方式時，其硬體電路不會自動控制SS引腳。因此，在SH通信時，應在SPI介面初始化，它是由程序控制SS，將其拉為低電平，此後，當把數據寫入主機的SPI數據寄存器後，主機介面將自動啟動時鍾發生器，在硬體電路的控制下，移位傳送，通過MOSI將數據移出ATmega128L，並同時從CC2420由MISO移人數據，8位數據全部移出時，兩個寄存器就實現了一次數據交換。
4結語
通過對於無線感測器網路節點中感測器元件、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源的選擇，設計了一種以CC2420和ATmega128L為主體的硬體方案。利用該方案設計的CC2420和ATmega128L的外圍電路以及兩者之間的介面電路。此外，還對感測器與單片機的介面電路進行設計。通過實驗驗證，設計的硬體節點基本上達到了項目要求，經調試能通過感測器正確真實地採集數據，並實現兩個無線節點(兩個電路板。AA電池供電)在30 m左右的通信、傳輸數據、並反映到終端設備。
㈦ 無線感測器網路上的安全問題幾解決方案
無線感測器網路WSN（WirelessSensorNetwork）是一種自組織網路，通過大量低成本、資源受限的感測節點設備協同工作實現某一特定任務。
它是信息感知和採集技術的一場革命，是21世紀最重要的技術之一。它在氣候監測，周邊環境中的溫度、燈光、濕度等情況的探測，大氣污染程度的監測，建築的結構完整性監控，家庭環境的異常情況，機場或體育館的化學、生物威脅的檢測與預報等方面，WSN將會是一個經濟的替代方案，有著廣泛的應用前景。
感測器網路為在復雜的環境中部署大規模的網路，進行實時數據採集與處理帶來了希望。但同時WSN通常部署在無人維護、不可控制的環境中，除了具有一般無線網路所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務等多種威脅外，WSN還面臨感測節點容易被攻擊者物理操縱，並獲取存儲在感測節點中的所有信息，從而控制部分網路的威脅。用戶不可能接受並部署一個沒有解決好安全和隱私問題的感測網路，因此在進行WSN協議和軟體設計時，必須充分考慮WSN可能面臨的安全問題，並把安全機制集成到系統設計中去。只有這樣，才能促進感測網路的廣泛應用，否則，感測網路只能部署在有限、受控的環境中，這和感測網路的最終目標——實現普遍性計算並成為人們生活中的一種重要方式是相違背的。
一種好的安全機制設計是建立在胡空對其所面臨的威脅、網路特點等的深刻分析基礎之上的，感測網路也不例外，本文將深入分析無線感測器網路特點以及其所可能面臨的安全威脅，並對其相應的安全對策進行了研究和探討。
2.感測器網路特點分析
WSN是一種大規模的分布式網路，常部署於無人維護、條件惡劣的環境當中，且大多數情況下感測節點都是一次性使用，從而決定了感測節點是價格低廉、資源極度受限的無線通信設備[2]，它的特點主要體現在以下幾個方面:（1）能量有限:能量是限制感測節點能力、壽命的最主要的約束性條件，現有的感測節點都是通過標準的AAA或AA電池進行供電，並且不能重新充電。（2）計算能力有限:感測節點CPU一般只具有8bit、4MHz～8MHz的處理能力。（3）存儲能力有限:感測節點一般包括三種形式的存儲器即RAM、程序存儲器、工作存儲器。RAM用於存放工作時的臨時數據，一般不超過2k位元組;程序存儲器譽滲用於存儲操作系統、應用程序以及安全函數等，工作存儲器用於存放獲取的感測信息，這兩種存儲器一般也只有幾十k位元組。（4）通信范圍有限:為了節約信號傳輸時的能量消耗，感測節點的RF模塊的傳輸能量一般為10mW到100mW之間，傳輸的范圍也局限於100米到1公里之內。（5）防篡改性:感測節點是一種價格低廉、結構鬆散、開放的網路設備，攻擊者一旦獲取感測節點就很容易獲得和修改存儲在感測節點中的密鑰信息以及程序代碼等。
另外，大多數感測器網路在進行部署前，其網路拓撲是無法預知的，同時部署後，整個網路拓撲、感測節點在網路中的角色也是經常變化的，因而不像有線網、大部分無線網路那樣對網路設備進行完全配置，對感測節點進行預配置的范圍是有限的，很多網路參數、密鑰等都是感測節點在部署後進行協商後形成的。
根據以上無線感測器特點分析可知，無線感測器網路易於遭受感測節點的物理操縱、感測信息的竊聽、拒絕服務攻擊、私有信息的泄露等多種威脅和攻擊。下面將根據WSN的特點，對WSN所面臨的潛在安全威脅進行分類描述與對策探討。
3.威脅分析與對策
3.1感測節點的物理操縱
未來的感測器網路一般有成百上千個感測節點，很難對每個節點進行監控和保護，因而每個節點都是一個潛在的攻擊點，都能被攻擊者進行物理和邏輯攻擊。另外，感測器通常部署在無人維護的環境當中，這更加方便了攻擊者捕獲傳褲虛瞎感節點。當捕獲了感測節點後，攻擊者就可以通過編程介面（JTAG介面），修改或獲取感測節點中的信息或代碼，根據文獻[3]分析，攻擊者可利用簡單的工具（計算機、UISP自由軟體）在不到一分鍾的時間內就可以把EEPROM、Flash和SRAM中的所有信息傳輸到計算機中，通過匯編軟體，可很方便地把獲取的信息轉換成匯編文件格式，從而分析出感測節點所存儲的程序代碼、路由協議及密鑰等機密信息，同時還可以修改程序代碼，並載入到感測節點中。
很顯然，目前通用的感測節點具有很大的安全漏洞，攻擊者通過此漏洞，可方便地獲取感測節點中的機密信息、修改感測節點中的程序代碼，如使得感測節點具有多個身份ID，從而以多個身份在感測器網路中進行通信，另外，攻擊還可以通過獲取存儲在感測節點中的密鑰、代碼等信息進行，從而偽造或偽裝成合法節點加入到感測網路中。一旦控制了感測器網路中的一部分節點後，攻擊者就可以發動很多種攻擊，如監聽感測器網路中傳輸的信息，向感測器網路中發布假的路由信息或傳送假的感測信息、進行拒絕服務攻擊等。
對策:由於感測節點容易被物理操縱是感測器網路不可迴避的安全問題，必須通過其它的技術方案來提高感測器網路的安全性能。如在通信前進行節點與節點的身份認證;設計新的密鑰協商方案，使得即使有一小部分節點被操縱後，攻擊者也不能或很難從獲取的節點信息推導出其它節點的密鑰信息等。另外，還可以通過對感測節點軟體的合法性進行認證等措施來提高節點本身的安全性能。
㈧ 急 急 急 求一篇關於《通信網路模擬研究》的論文
幫您下了兩篇，希望對您有所幫助哦！祝您愉快！
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題目：基於無線感測器網路模擬平台的研究
一、引言
感測器網路（WSN）日新月異,各種網路方案和協議日趨復雜,網路規模日趨龐大,對網路研究人員而言,掌握網路模擬的重要性是不言而喻的。WSN模擬能夠在一個可控制的環境里研究WSN應用,包括操作系統和網路協議棧,能夠模擬數量眾多的節點,能夠觀察由不可預測的干擾和雜訊引起的難以琢磨的節點間的相互作用,獲取節點間詳細的細節,從而提高節點投放後的網路成功率,減少投放後的網路維護工作。目前無線感測器網路使用的模擬工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等等。其中TinyOS是專門針對無線感測器網路的特點而研究開發的。
二、無線感測器網路模擬簡介
在感測器網路中,單個感測器節點有兩個很突出的特點。一個特點是它的並發性很密集;另一個特點是感測器節點模塊化程度很高.上述這些特點使得無線感測器網路模擬需要解決可擴展性與模擬效率、分布與非同步特性、動態性、綜合模擬平台等等問題。
三、無線感測器網路常用模擬工具
無線感測器網路常用模擬工具有NS2、OPNET、OMNET++、TinyOS,下面我們簡要介紹它們各自的性能和特點。
3.1 NS2
NS是一種可擴展、以配置和可編程的時間驅動的模擬工具,它是由REAL模擬器發展而來.在NS的設計中,使用C++和OTCL兩種程序設計語言, C++是一種相對運行速度較快但是轉換比較慢的語言,所以C++語言被用來實現網路協議, 編寫NS底層的模擬引擎; OTCL是運行速度較慢,但可以快速轉換的腳本語言,正好和C++互補,所以OTCL語言被用來配置模擬中各種參數,建立模擬的整體結構, OTCL的腳本通過調用引擎中各類屬性、方法,定義網路的拓撲,配置源節點、目的節點建立鏈接,產生所有事件的時間表,運行並跟蹤模擬結果,還可以對結果進行相應的統計處理或制圖.NS可以提供有線網路、無線網路中鏈路層及其上層精確到數據包的一系列行為模擬。NS中的許多協議都和真實代碼十分接近,其真實性和可靠性是非常高的。
3.2 OPNET
OPNET是在MIT研究成果的基礎上由MIL3公司開發的網路模擬軟體產品。 OPNET的主要特點包括以下幾個方面:(1)採用面向對象的技術,對象的屬性可以任意配置,每一對象屬於相應行為和功能的類,可以通過定義新的類來滿足不同的系統要求; (2)OPNET提供了各種通信網路和信息系統的處理構件和模塊;(3) OPNET採用圖形化界面建模,為使用者提供三層(網路層、節點層、進程層)建模機制來描述現實的系統;(4) OPNET在過程層次中使用有限狀態機來對其它協議和過程進行建模,用戶模型及OPNET內置模型將會自動生成C語言實現可執行的高效、高離散事件的模擬流程;(5) OPNET內建了很多性能分析器,它會自動採集模擬過程的結果數據;(6)OPNET幾乎預定義了所有常用的業務模型,如均勻分布、泊松分布、歐蘭分等。
3.3 OMNET++
OMNET++是面向對象的離散事件模擬工具,為基於進程式和事件驅動兩種方式的模擬提供了支持。 OMNET++採用混合式的建模方式,同時使用了OMNET++特有的ned(Network Discription,網路描述)語言和C++進行建模。OMNET++主要由六個部分組成:模擬內核庫、網路描述語言的編譯器、圖形化的網路編譯器、模擬程序的圖形化用戶介面、模擬程序的命令行用戶介面和圖形化的向量輸出工具。OMNET++的主要模型拓撲描述語言NED,採用它可以完成一個網路模型的描述。 網路描述包括下列組件:輸入申明、信道定義、系統模塊定義、簡單模塊和復合模塊定義。使用NED描述網路,產生.NED文件,該文件不能直接被C++編譯器使用,需要首先採用OMNET++提供的編譯工具NEDC將.NED文件編譯成.cpp文件。最後,使用C++編譯器將這些文件與用戶和自己設計的簡單模塊程序連接成可執行程序。
3.4 TinyOS
TinyOS是專門針對感測器研發出的操作系統。在TinyOS上編程序使用的語言為nesC(C language for network embedded systems) 語言。
nesC語言是由C語言擴展而來的,意在把組件化/模塊化思想和TinyOS基於事件驅動的執行模型結合起來。 nesC 組件有Mole(模塊)和Configuration（連接配置文件）兩種。在模塊中主要實現代碼的編制,在連接配置文件中主要是將各個組件和模塊連接起來成為一個整體。
TinyOS程序採用的是模塊化設計,所以它的程序核心往往都很小,能夠突破感測器存儲資源少的限制,這能夠讓TinyOS很有效的運行在無線感測器網路上並去執行相應的管理工作等。TinyOS的特點主要體現在以下幾個方面:
(1)組件化編程(Componented-Based Architecture)。TinyOS的組件通常可以分為以下三類:硬體抽象組件、合成組件、高層次的軟體組件;硬體抽象組件將物理硬體映射到TinyOS組件模型.合成硬體組件模擬高級硬體的行為.高層次軟體模塊完成控制、路由以及數據傳輸等。}
(2)事件驅動模式(Event-Driven Architecture)。事件驅動分為硬體驅動和軟體事件驅動。硬體事件驅動也就是由一個硬體發出中斷,然後進入中斷處理函數。而軟體驅動則是通過singal關鍵字發出一個事件。
(3)任務和事件並發模式(Tasks And Events Concurrency Model)。任務用在對於時間要求不是很高的應用中,任務之間是平等的,即在執行時是按順序先後來的,而不能相互搶占,TinyOS對任務是按簡單的FIFO隊列進行處理的。事件用在對於時間的要求很嚴格的應用中,而且它可以佔先優於任務和其他事件執行。
(4)分段執行(Split-Phase Operations)。在TinyOS中由於tasks 之間不能互相佔先執行,所以TinyOS沒有提供任何阻塞操作,為了讓一個耗時較長的操作盡快完成,一般來說都是將對這個操作的需求和這個操作的完成分開來實現,以便獲得較高的執行效率。
(5) 輕量級線程(lightweight thread)。輕量級線程(task, 即TinyOS中的任務)按FIFO方式進行調度,輕量級線程之間不允許搶占;而硬體處理線程(在TinyOS中,稱為硬體處理器),即中斷處理線程可以打斷用戶的輕量級線程和低優先順序的中斷處理線程,對硬體中斷進行快速處理響應。
(6) 主動通信消息(active message)。每一個消息都維護一個應用層和處理器。當目標節點收到這個消息後,就會把消息中的數據作為參數,並傳遞給應用層的處理器進行處理。應用層的處理器一般完成消息數據的解包操作、計算處理或發送響應消息等工作。
TinyOS操作系統中常用的模擬平台主要是TOSSIM和Avrora
（1）TOSSIM(TinyOS simulation)是一個支持基於TinyOS的應用在PC機上運行的模擬器.TOSSIM運行和感測器硬體相同的代碼,模擬編譯器能直接從TinyOS應用的組件表中編譯生成模擬程序。
（2）Avrora是一種專門為Atmel和Mica2節點上以AVR單片機語言編寫的程序提供模擬分析的工具。它的主要特點如下：1) 為AVR單片機提供了cycle accurate級的模擬,使靜態程序可以准確的運行。它可以模擬片上(chip-on)設備驅動程序,並為片外(off-chip)程序提供了有規則的介面;2)可以添加監測代碼來報告模擬程序運行的性能,或者可以在模擬結束後收集統計數據,並產生報告;3)提供了一套基本的監控器來剖析程序,這有助於分析程序的執行模式和資源使用等等;4)Avrora可以用gdb調試程序;5) Avrora可以為程序提供一個程序流圖,通過這個流程圖可以清楚的表示機器代碼程序的結構和組織;6) Avrora中提供了分析能量消耗的工具,並且可以設置設備的帶電大小;7) Avrora可以用來限製程序的最大堆棧空間,它會提供一些關於目前程序中的最大的堆棧結構,和一些關於空間和時間消耗的信息報告。
3.5性能比較
TinyOS 用行為建模,可以模擬跨層協議;模擬程序移植到節點上,不需要二次編碼。
通過對上述幾種模擬軟體的分析比較,我們可以清楚的看到各個模擬軟體的特點、適用范圍,我們可以根據研究需要選擇適合的模擬軟體,使得我們的學習研究可以事半功倍。
結束語
網路模擬技術為通信網路規劃和優化提供了一種科學高效的方法。網路模擬在國內是近幾年才發展起來的,但在國外網路模擬技術已經相當成熟,我們應該大膽地借鑒國外先進技術,促進國內網路模擬技術迅速發展。
參考文獻
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集群虛擬伺服器的模擬建模研究
來源：電子技術應用 作者：楊建華 金笛 李燁 寧宇
摘要：闡述了集群虛擬伺服器的工作原理和三種負載均衡方式，通過實例討論了虛擬伺服器的模擬和建模方法，創建了測試和模擬系統性能的輸入和系統模型，並依據Q—Q圖和累積分布函數校驗了其概率分布。
關鍵詞：集群虛擬伺服器負載均衡模擬建模概率分布
隨著互聯網訪問量和數據流量的快速增長，新的應用層出不窮。盡管Intemel伺服器處理能力和計算強度相應增大，但業務量的發展超出了先前的估計，以至過去按最優配置建設的伺服器系統也無法承擔。在此情況下，如果放棄現有設備單純將硬體升級，會造成現有資源的浪費。因此，當前和未來的網路服務不僅要提供更豐富的內容、更好的交互性、更高的安全性，還要能承受更高的訪問量，這就需要網路服務具有更高性能、更大可用性、良好可擴展性和卓越的性價比。於是，集群虛擬伺服器技術和負載均衡機制應運而生。
集群虛擬伺服器可以將一些真實伺服器集中在一起，組成一個可擴展、高可用性和高可靠性的統一體。負載均衡建立在現有網路結構之上，提供了一種廉價、有效和透明的方法建立伺服器集群系統，擴展網路設備和伺服器的帶寬，增加吞吐量，加強網路數據處理能力。提高網路的靈活性和可用性。使用負載均衡機制．大量的並發訪問或數據流量就可以分配到多台節點設備上分別處理。系統處理能力得到大幅度提高，大大減少用戶等待應答的時間。
實際應用中，虛擬伺服器包含的真實伺服器越多，整體伺服器的性能指標(如應答延遲、吞吐率等)越高，但價格也越高。在集群中通道或其他部分也可能會進入飽和狀態。因此，有必要根據實際應用設計虛擬伺服器的模擬模型，依據實際系統的測量數據確定隨機變數的概率分布類型和參數，通過分位點一分位點圖即Q-Q圖(Quaantile-Quantile Plot)和累積分布函數(Cumulative Distribution Functions)等方法校驗應答或傳播延遲等性能指標的概率分布，通過模擬軟體和工具(如Automod)事先分析伺服器的運行狀態和性能特點，使得集群系統的整體性能穩定，提高虛擬伺服器設計的客觀性和設計的可靠性，降低伺服器建設的投資風險。
1 集群虛擬伺服器的體系結構
一般而言，首先需要在集群虛擬伺服器上建立互聯網協議偽裝(Internet Protocol Masquerading)機制，即IP偽裝，接下來創立IP埠轉發機制，然後給出在真實伺服器上的相關設置。圖1為集群虛擬伺服器的通用體系結構。集群虛擬伺服器通常包括：真實伺服器(RealServers)和負載均衡器(Load Balmlcer)。
由於虛擬伺服器的網路地址轉換方式是基於IP偽裝的，因此對後台真實伺服器的操作系統沒有特別要求，可以是windows操作系統，也可以是Lmux或其他操作系統。
負載均衡器是伺服器集群系統的惟一入口點。當客戶請求到達時，均衡器會根據真實伺服器負載情況和設定的調度演算法從真實伺服器中選出一個伺服器，再將該請求轉發到選出的伺服器，並記錄該調度。當這個請求的其他報文到達後，該報文也會被轉發到前面已經選出的伺服器。因為所有的操作都在操作系統核心空間中完成，調度開銷很小，所以負載均衡器具有很高的吞吐率。整個伺服器集群的結構對客戶是透明的，客戶看到的是單一的虛擬伺服器。
負載均衡集群的實現方案有多種，其中一種是Linux虛擬伺服器LVS(Linux Virtual Server)方案。LVS實現負載均衡的技術有三種：網路地址轉換(Network Address Translation)、直接路由(Direct Routing)和IP隧道(IP Yunneling)。
網路地址轉換按照IETF標准，允許一個整體機構以一個公用IP地址出現在Inlemet上。通過網路地址轉換，負載均衡器重寫請求報文的目標地址，根據預設的調度演算法，將請求分派給後端的真實伺服器；真實伺服器的應答報文通過均衡器時，報文的源地址被重寫，把內部私有網路地址翻譯成合法網路IP地址，再返回給客戶，完成整個負載調度過程。
直接路由的應答連接調度和管理與網路地址轉換的調度和管理相同，但它的報文是直接轉發給真實伺服器。在直接路由應答中，均衡器不修改、也不封裝IP報文．而是將數據幀的媒體接入控制MAC(Medium Aceess Control)地址改為選出伺服器的MAC地址，再將修改後的數據幀在區域網上發送。因為數據幀的MAC地址是選出的伺服器，所以伺服器肯定可以收到該數據幀，從中獲得該IP報文。當伺服器發現報文的目標地址在本地的網路設備時，伺服器處理該報文，然後根據路由表應答報文，直接返回給客戶。
IP隧道是將一個IP報文封裝在另一個IP報文中的技術。該技術可以使目標為某個口地址的數據報文被封裝和轉發到另一個IP地址。用戶利用IP隧道技術將請求報文封裝轉發給後端伺服器，應答報文能從後端伺服器直接返回給客戶。這樣做，負載均衡器只負責調度請求，而應答直接返回給客戶，不需要再處理應答包，將極大地提高整個集群系統的吞吐量並有效降低負載均衡器的負載。IP隧道技術要求所有的伺服器必須支持IP Yunnehng或lP.封裝(Encapsulation)協議。
2 集群虛擬伺服器報文延遲的確定
通過一個裝有5台真實伺服器並使用網路地址轉換技術實現Linux虛擬伺服器的實際系統，可以得到有關請求和應答報文的時戳(Time Stamp)文件n根據這些文件．能夠計算出集群虛擬伺服器的模擬和建模所需數據。
為了確定隨機變數分布類型和參數，應該統計下列延遲：(1)從客戶到負載均衡器的傳播延遲(Transport Delay)；(2)負載均衡器的應答延遲(Response Delay)；(3)從負載均衡器到真實伺服器的傳播延遲；(4)真實伺服器的應答延遲；(5)從真實伺服器到負載均衡器的傳播延遲；f61負載均衡器對真實伺服器的應答延遲；(7)從負載均衡器到客戶的傳播延遲。
在實際系統產生的時戳文件中，問接地描述了上述各延遲時間。文件包含的內容如下：
當一個服務請求到達集群虛擬伺服器系統時，即產生帶有惟一序列號的同步請求報文(Synchronized Request Package)，將該報文轉發到某一真實伺服器，同時建立該伺服器與客戶端的連接，每個這樣的連接都帶有惟一的埠號；該伺服器處理通過該連接的確認請求報文(Acknowledgement Request Package)，直到伺服器收到結束請求報文(Finished Request Package)。對每一種類型的請求報文，系統都給予一個相應的應答報文。因此，在不同的報文時戳文件中，如果兩條記錄具有相同的埠號、報文類型和序列號，則它們是同一個請求或應答報文，對相關的時戳相減即可得到集群虛擬伺服器系統的模擬和建模所需的延遲數據。通過所編寫的C++程序即可計算這些延遲。
3 系統模擬模型
上述的集群虛擬伺服器實際系統的模擬模型如圖2所示，在負載均衡器、各通道、5台真實伺服器中通過或處理的均為請求或應答報文。
4 隨機變數模型的確定
對具有隨機變數的集群虛擬伺服器進行模擬，必須確定其隨機變數的概率分布，以便在模擬模型中對這些分布進行取樣，得到所需的隨機變數。
4.1 實際虛擬伺服器的延遲數據概況
在實際虛擬伺服器的負載均衡器、各通道和5台真實伺服器中，對請求和應答報文都有一定的延遲。部分報文延遲的統計數據如表1所示。
由表l中的數據可見，報文延遲的中位數與均值差異較大，所以其概率分布不對稱；變異系數不等於l，導致概率分布不會是指數分布，而可能是γ分布或其他分布。
4．2 隨機變數的概率分布
圖3為第一台真實伺服器到負載均衡器之間的通道報文傳播延遲直方圖，其中t為報文延遲時間，h(t)為報文延遲區間數。由圖3可知，通道內的報文傳播延遲數據近似服從γ分布或對數正態分布。
描述γ分布需要兩個參數：形狀(Shape)參數α和比例(Scahj)參數口，這兩個參數與均值M、方差V之間的關系是非線性的：
描述對數正態分布也需要形狀參數σ和比例參數μ，這兩個參數與均值M、方差V之問的關系也是非線性的：
式(1)～(4)都可以通過最大似然估計MLE(Maximum Likelihood Estimator)方法或最速下降法(Steepest Descent Method)求出。表2給出了甩這兩種方法求出的從第一台真實伺服器到負載均衡器之間通道內的報文延遲概率分布參數。
使用累積分布函數和Q-Q圖可以校驗並進一步確定上述通道內報文傳播延遲的概率分布。取用表2中的參數，可以得到γ分布的累積分布函數，如圖4所示，其中t為報文延遲時間，F(t)為報文延遲的累積分布函數。為作比較，實驗分布也畫在該圖中。γ分布和對數正態分布的Q-Q圖如圖5所示。
由圖4和圖5可以看出，γ分布較好地擬合了該通道內的報文傳播延遲數據分布。其他通道報文延遲直方圖也有類似形狀。經計算和分析，這些通道的報文傳播延遲概率分布也近似服從γ分布。
根據表1中的數據以及相關的直方圖都難以確定在負載均衡器和真實伺服器中報文延遲的理論分布。因此，採用實驗分布作為其模型。
5 模型模擬
在建立了圖1所示的集群虛擬伺服器的系統模擬模型並確定了其隨機變數的分布特性後，可以採用由美國布魯克斯自動化公司(Brooks Automation)開發的模擬軟體Automod輸入該模型，並通過在Automod環境中編程進行集群虛擬伺服器的模擬和分析。
在Automod的模擬過程中，可以直接利用軟體提供的資源(Resource)作為各種報文數據處理的單元；系統各部分的報文排隊活動可以直接通過排隊(Queue)實現；建立一個負載產生器，等效為在Inlemtet上使用虛擬伺服器的客戶。
通過採用Automod的屬性變數(Attribute Variable)可以解決負載均衡器的雙方向報文處理功能的問題。負載均衡器使用輪轉調度演算法(Round Robin Scheling)，即假設所有真實伺服器的處理性能均相同，依次將請求調度到不同的伺服器。
驗證模擬模型可以分別在實際虛擬伺服器系統和Automod的模擬模型中從以下兩方面進行對比：(1)在負載均衡器、各個真實伺服器和通道中排隊的應答或傳播報文數量；(2)真實伺服器及負載均衡器的cPU利用率。例如，當使用實際的應答或傳播報文延遲數據時，在Automod的模擬模型中，如果設置一個較低的資源量，則在模擬過程中就會發現大部分的負載都被堵在真實伺服器的排隊中，即真實伺服器處理報文的能力過低，無法與實際系統的狀況相比；如果設置一個較高的資源量，則意味著伺服器的並行處理能力增加，真實伺服器的利用率提高，負載就很少或不會滯留在真實伺服器的排隊中。因此，在Automod中可以根據實際情況調整模擬模型的資源量大小。
如果在Automod中增加負載產生器的負載產生率，就等效為用戶訪問量增加，通過觀察排隊中的負載滯留比例，就可以發現系統的最大處理報文的能力以及系統各部分應答報文可能出現瓶頸之處。例如，將負載產生率增加一倍，雖然系統仍然可以處理所有的報文，但各台真實伺服器的平均利用率將達80％左右。顯然，這時系統應答報文的「瓶頸」為真實伺服器，有必要在系統中增添一台新的真實伺服器。
通過一個包括5台真實伺服器的實際虛擬伺服器系統。收集並計算了模擬和建模的樣板數據。依據系統報文延遲的中位數、均值、變異系數和直方圖等，確定了系統隨機變數的概率分布；採用最大似然估計方法和最速下降法，得到了通道概率分布的具體參數；根據Q-Q圖和累積分布函數進一步校驗並最終確定通道的概率分布形式。使用Automod軟體進行了模擬建模和編程，藉助模擬結果可以發現虛擬伺服器的最大處理能力和可能的「瓶頸」之處。通過及時定位系統「瓶頸」，可以有的放矢地進一步研究和改進系統，有效提高系統性能。所採用的模擬方法也可以用於其他領域的模擬建模或分析中。
在模擬模型中，負載均衡方式和調度演算法還需要進一步增加，以便於比較不同的虛擬伺服器系統。樣本數據也需要進一步擴充，以避免報文延遲的自相關性。