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海底观测网络

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海底观测网络的探究

摘要:海底观测系统的想法最初是在冷战时期从美国海军的水声监视系统中获得的,如今,由于各国对资源的争夺,海底观测网络更加引起人们的重视。本文介绍了海底网络的来源及其发展,以及海底观测网络的组成部分及其各部分的功能,另外本文还谈到了有关海底观测网络的一些关键技术。最后本文关于目前已有的海底观测网络作了介绍。

关键词:海底观测网络、探测、技关键术

引言:

人类在认知地球的历史过程中使用过三种平台,对地面和海面观测的平台、对空间观测的平台和对海底观测的平台。其中对地面和海面的观测平台的发展比较长久,其次是对空间的观测平台,最后是对海底的观测平台。如今,对地面和海面的观测技术已经非常成熟,对太空等空间的探索技术也飞速发展,相比之下,对海底的探索还远远不够。地球的面积非常广阔,其中海洋占70.8%,而深海大洋又占据海洋的92.4%,所以人类对地球的认识还很少。按技术的难易程度来讲,首先是对海底的观测技术,其次是对空间的观测技术,最后才是对地面的观测技术。虽然海底观测技术最难,但是它的意义十分重大,特别是对于日益尖锐的世界格局、领土之争、资源之战的情况下,它的意义更显重大。

随着人类对地面资源的过度使用,资源短缺的情况也越见明显。海洋拥有地球大部分资源,包括石油、天然气、各种金属等宝贵的资源。近几十年以来,许多浅海地区的资源已被人类探测到并已经被投入开发利用了,但是人类对深海资源的探索却处于初始阶段。深海占据海洋的92.4%,大部分资源都被埋藏在深海之中。对海洋资源的探索引起了许多国家的领土之争,更多的资源对一个国家来说是非常重要的,因此如何保护自家的资源也是一个非常严峻的问题。对于我国来说,南海就是一个资源丰富但是备受侵扰的地区,它的周边国家都看中了其中海洋资源。为了更好地维护我们的海洋资源,我们就需要借助海底观测网络来进行实时观察监控。海底观测网络不仅可以实时监控海里的情况,还能为海下的科研探索提供方便的平台,同时对海洋灾害,如地震海啸等,也是一种预警。

1.海底观测网络概述

对海底观测的方法有两种,一种是间接观测,主要通过采集海水、微生物、矿物等来进行实验分析,对其物理量和化学量进行测量。其实现方式有拖网、CTD、抓斗、热流计、大洋钻探等;另一种是直接观测,就是把观测设备直接放在被观测的对象旁边对其进行在线实时地观测。对海底观测技术可以分为三类,一类是海底观测站,只针对某一个具体的目标,在小区域内进行原位观测;一类是观测链,即在海底观测站的基础上通过通信的方式将比较实时的数据传回岸基站或科考船;还有一类是海底观测网,它是前两者的升级,通过将电能不断的输送到海底以供给设备长期运作,是一种可以长久在线实时多数据观测的海底观测系统。

海底观测系统的想法最初是在冷战时期从美国海军的水声监视系统中获得的,该系统由安置在大西洋和太平洋中的大量水下听音器组成,用来监听苏联海军潜艇的动向。20世纪70年达末期,海底观测系统开始步入海底环境监测的领域。1978年日本在御前崎建造了第一个有海底电缆构成的海底实时观测系统,用于实时监测地震以及伴随的海啸。1985年,日本又在房总地区建造了第二个海底电缆观测系统。20世纪90年代,海底观测网又被运用到海底科学研究工作之中,更多的国家开始投入精力研究海底观测网络。日本在20世纪90年代建造了6个海底观测系统用作试验,但是大部分只有一个科学节点,还不算是海底观测网。美国则分别在1996至1998年期间建立了水下15m的长期生态系统观测网(LEO-15)、夏威夷水下地球天文观测站(HUGO)和夏威夷-2观测站(H2O)的3个海底观测系统,其中HUGO是第一个尝试建立海底永久多功能观测站。日本科学技术振兴机构(STA)从1995年起开始研究利用退役的海底电缆联接各种海底观测设备,并在1999年宣布成功利用退役的海底电缆第一次在世界上建立了海底环境监测网。前期的海底观测系统大部分是以单个科学节点为主,后来随着传感器技术、互联网技术、机器人技术和海底光纤电缆技术等相关技术的快速发展,海底观测系统也开始向多科学节点、多功能的长期海底观测网络转变。

2.海底观测网络的构成

如下图所示,海底观测网络由岸基站(Shore station)、网络(Network)、光纤光

缆(cable)、接驳盒(node)、传感器(sensors)、水下机器人(ROV)以及观测设备插座模块(SIIM)和各种功能观测设备等组成。

其中岸基站是整个海底观测网的总控制部分,负责控制整个网络的正常运行以及给海底观测设备输送高压电能,同时它也是数据传输的终点,负责接收最终的观测数据。光纤光缆用于通信,负责各设备之间的联接和信号的传输。接驳盒是水下的中枢部分,它不仅为信号的处理、控制盒管理提供了一个集中的站点,同时为观测设备插座模块提供了接口(可借助水下机器人ROV在海底接驳盒上直接对观测设备插座模块进行热插拔),还为海底观测网络的电能的低功率输送、转换、分配与管理提供了可能。传感器大多分布在海底各个观测设备上,是实验数据的主要获取途径。水下机器人ROV可以帮助人们在水下进行安装、布置和维护海底观测网,以及帮助人们完成各种观测设备的投放,另外它本身也可以完成一些简单的探测。观测设备插座模块SIIM是各个观测设备和接驳盒连接的桥梁,它可以为各个观测设备提供对应的标准插口。

3.海底观测网络关键技术

(1)岸基站技术:岸基站是对海底观测网络进行监控、对观测信息进行实时汇

总、处理的岸上研究场所,同时负责给海底观测设备提供电能。海底各种观测设备测得的原始数据最后都得传回岸基站,通过岸基站科研系统中的各种软件处理后显示在屏幕上或发回用户的所在地。这一功能是岸基站的重要功能之一,岸基站对大量数据处理的能力体现了岸基站系统在整个海底观测系统中的作用。有些观测系统还用于维护国家安全,监视周围海域的环境,那么岸基站中还应有路由器与国防部的网络相连,测得的数据直接可以传回国防部。所以岸基站技术包括了硬件技术(解决岸基站的硬件配置的合理性、高效性和稳定性)和软件技术(负责研发高效稳定的处理软件来对大量数据进行处理),以及系统的网络安全技术(保护海底观测网络的数据不被窃取)等。

(2)电能供给技术:整个海底观测网离不开电能,没有电能的海底观测网就如同虚设。电能是从岸基站通过海底电缆输送到海底的,输送电缆有一根主电缆与海底接驳盒相连。因为交流电的容抗对电能损耗大,所以为了在海里远距离传输电能,一般采用单级负压直流输电方式,主干缆输送电压一般在千伏量级甚至更高,有利于减少电能的损耗。输送电能的系统由四个部分组成:岸基站能量转换点、接驳盒能量控制与转换模块、接驳盒能量管理与控制模块、接驳盒末端低电压分配模块。岸基站至少需要实现电能转换和不间断能量供给两个功能。电能转换指的是将三相交流电转化为高压直流电,不间断能量供给指的是通过建立多个能量供给站点,构成冗余供电方式,即使当地的三相交流电供给出现故障时对海底观测网络的供电仍然不会间断;接驳盒能量控制与转换模块负责海底高压电的降压工作。由于大多数海底观测设备都是工作在低压,所以通过主干光缆输送到接驳盒的高压电会由接驳盒的电能转换模块进行降压处理;接驳盒能量管理与控制模块能够实现海底观测网络中的能量分配与管理。由于海底观测系统的负载是不定的,负载变化会引起电流电压的变化,从而造成观测设备的不稳定。能量管理与控制模块会根据波动的电压电流来对设备的实际电压电流进行调节,使之保持在一定范围。

(3)海底接驳盒技术:海底接驳盒是对电能和数据信号进行集中转换和处理的中间环节,是海底观测网络中的重要组成部分。海底接驳技术是海底观测网络技术中的重中之重,它主要解决海底电能与信号传输、分配与管理等任务。海底接驳盒主要包括三大功能模块组成,一是电能转换、分配模块,二是信号处理、

存贮和通信模块,三是观测设备插座模块,它们一般是装入接驳盒的密封耐压腔里。接驳盒的构成组要包括高压转中压电源腔、中压转低压电源腔、控制腔以及光电分离腔。

接驳盒的关键技术组要包括防水密封技术、水下热插拔接口技术、电能转换分配技术、岸基站、接驳盒及观测设备插座模块之间的通信技术、密封舱体中电子芯片散热技术和小型化设计技术等。防水密封技术解决接驳盒的防水耐压的问题。防水密封是接驳盒运用在海底的首要条件。为了使得接驳盒离得电子器件不受到浸水的侵扰,接驳盒的壳体需要是耐压密封的。耐压技术与接驳盒材料非常相关,因此材料的选择和强度的设计非常重要;水下热插拔接口技术是解决ROV 安装维护观测设备是插拔插头的问题。接驳盒一旦投放在海里,其安装和维修就非常困难,因此需要用到ROV对其进行安装和维护。安装过程中需要将观测设备的插头接入电源,所以就需要热插拔技术。热插拔技术是指A部件的联接街头能够在海底与B的插座联接,同时又能防止海水的浸入;电能转换分配技术是接驳盒技术的重点之一,负责解决工业高压电的减压问题。工业用电经过变压整流后,通过光缆送到海底后不能直接与观测设备相接,需要接驳盒的转换装置。接驳盒将电能进行降压和分配,需要的话还应该能够逆变化;岸基站、接驳盒及

观测设备插座模块之间的通信技术是解决整个海底观测网的通信问题的。海底观测设备将测到的数据实时发送到接驳盒中,接驳盒就是一个中转,将各种数据进行处理分离和再上传到岸基站。有时岸基站需要给观测设备下达某个指令,就需要先传到接驳盒然后再由接驳盒传给观测设备。做到这一切需要基于预定的通信协议;密封舱体中电子芯片散热技术主要解决接驳盒内电子器件的散热问题。接驳盒的功能非常多,所以其内部布置一般比较紧密,如何散热是一个问题。如果散热不当,就会导致一些仪器无法正常工作;小型化设计技术的目的是为了解决大型尺寸耗能多的问题。海底的设备一般需要小型化以减少耗能,接驳盒也不例外。小型化不仅便于运输,耗能也减少很多。另外小型化对于成本本身也是一种节省。

(4)观测设备插座模块技术:由于海底各个观测设备都需要通过接驳盒将测得的数据返回到岸基站,所以接驳盒需要与许多设备相连接,而插座模块就是连接它们的桥梁。SIIM就是一种观测设备插座模块,便于将海底各种观测设备联接进观测网中。它作为一种可以兼容不同接口仪器设备的连接模块,可以很方便地观测设备提供接口。SIIM可以为不同接口的观测设备提供标准的电力和通信接口,符合规范的观测仪器可以直接通过SIIM连接到海底观测网。SIIM主要由电源模块和通信模块两部分组成。通信模块由串口服务器和交换机组成,负责信号的传输。一个接驳盒加若干个观测设备插座模块和一些海底观测仪器就构成了一个节点。多个节点连接起来就构成了大范围的海底观测网。

4.海底观测网络的现状

国际上深海领域的竞争日趋激烈,21世纪初前后,各海洋强国纷纷制定、调整海洋发展战略计划和科技政策,以确保在新一轮海洋竞争中占据先机。相应的国际和区域海洋监测网络逐步实施,如美国的OOI、HOBO、LEO215 、H2O、NJSOS、MARS、DEIMOS等系统,欧洲的NEMO、SN21 、ESONET等系统,美国和加拿大联合建立的NEPTUNE系统及其扩展成的全球ORION系统,日本的ARENA系统和之后的DONET系统,它们成为全球的GOOS( Global Ocean Observing System)对海观测网的一部分。GOOS最终与全球环境监测系统GEMS(Global Environment Monitoring System)、全球陆地观测系统 GTOS (Global Terrest rial Observing System)、

全球气候观测系统GCOS(Global Climate Observing System)共同构成世界气象组织的WIGOS(WMO Integrated Global Observing System)观测系统,并最终建成2003年倡导建立的名为GEOSS ( Global Eart h Observation System of Systems) 的一个全球统一的综合网络。

(1)日本的ARENA计划和DONET计划

ARENA计划是日本海底电缆科学应用研究组于2003年1月提出的,它由日本东京大学主持,目标是沿日本海沟建造跨越板块边界的光缆连接观测网络(如图)。ARENA主要应用于地震学和地球动力学研究、海洋环流研究、可燃冰监测、水热通量研究、生物与渔业研究、海洋哺乳动物研究、深海微生物研究等。

ARENA是一个低成本、高效率、高抗故障能力、高可靠性的海底观测网络。在这个新型海底实时监测网络计划ARENA中,构成网络的基本海底观测网络干线是利用基于已经成熟的商业化海底通信光缆系统,另外一些观测仪器被添加进了这个系统以扩展其功能。为了保证ARENA海底观测网的持续正常运行,多站点网络模式被采用了进来,可以从不同的站点对海底观测网络供给电能。各种海底测量仪器设备所获得的观测数据,可经由陆地上的数据管理中心由Internet向各研

究机构传送,另外拥有IP地址的观测仪可直接由研究室登录控制。如此的研究室与海底直接相联系是ARENA系统的又一特点。ARENA海底观测网中使用到的传感器主要有地球物理传感器(地震检波器、海底传感器、倾斜计、磁力计)、光学仪器(海底照相机)、CTD(测量电导率、温度和深度)、ADCP(测量海流)、温度传感器(测量温度)、化学传感器(测量pH、H2S、溶解氧)。

DONET计划是继ARENA之后日本在伊豆半岛东南海附近地震源区铺设的先进实时海底观测系统。该系统由20个观测点密集展布,各观测点都设置有宽频带地震仪、强震仪、高精度水压仪、压差仪、水中地震检波器、温度计等传感器群,用以高精度、宽频带实时监测东南海的地震。DONET系统以基础电缆、分支装置、传感器群为基础构成,具备储备性能、置换机能、扩充性能,可以维持数十年的运作。

(2)美国和加拿大的NEPTUNE计划

NEPTUNE计划也叫“海王星”计划,是美国与1998年正式启动的一个海底观测网络。后来加拿大于1999年6月也加入到了这个计划,与美国共同建造大规模

的海底观测网。海王星计划最终目标就是建立区域的、长期的、实时的交互式深海观测平台,在几秒到几十年的不同时间尺度、几微米到几千米的不同空间尺度上进行多科学的测量和研究。其主要研究方向包括深海的三大领域:一是板块构造研究、主要用来预测地震能发生的地点及其可能产生的影响;二是海洋对气候的影响以及南部富氧洋流对太平洋沿岸的生态和渔业的影响;三是各种深海生态系统研究,观察这些成千上万种生物组成的各种生态环境在自然环境变化时作出的反应。这个计划设立了大约33个观测中心,每个中心都有潜标、CTD、ADCP、人工磁场海流计、波浪传感器、光源和相机、营养盐测量仪、地震仪以及ROV、AUV、ROVER。其中ROV用于水下仪器设备和网络的布放、安装以及维护,AUV用于数据的接驳和能源的补给,ROVER用于各节点之间的空白区域的观测。

海王星计划环绕在“胡安.德富卡”板块,在500km 1000km的海域铺设3000km 长的光缆,进行量化海洋学和板块相关过程间的关系实时观测25年。

(3)美国

MARS计划和加拿大VENUS计划

美国MARS计划和加拿大VENUS计划是作为海王星计划的原型试验,美国承担的是蒙特雷湾海洋科学观测站MARS,而加拿大承担了VENUS观测站的建设。美国的MARS分为两期工程,一期工程需要完成电力和通讯两用光缆的铺设、所有水下观测仪器设备及相关装置的安装,最大水深900m,光缆全长52km;二期工程将于2013年结束并投入运行。加拿大的VENUS观测站设在水下约3000m的海床上,用800km长的电力通讯光缆在海底围成一个与岸基站联通的回路。VENUS观测网与NEPTUNE观测网构成了加拿大的海底观测网ONC(Ocean Networks Canada)。

(4)美国夏威夷H2O计划

美国夏威夷-2海底观测网位于夏威夷和加利福尼亚正中间的海底5000m处。夏威夷-2海底观测网络是世界上第一个海底地震观测网络。夏威夷-2海底观测站把不间断工作的地震仪与安装了海水温度、化学成分和海流计的集装箱相连接,海底地震记录数据会不断地传给夏威夷州立大学。

(5)欧洲ESONET计划

根据全球环境监测与保护计划开展4D观测的需要,英、德、法在2004年制定了ESONET欧洲海底观测网计划。其计划与海底海王星计划类似,它是为了对地球物理学、化学、生物化学、海洋学、生物学和渔业等提供长期战略性监测能力,针对从北冰洋到黑海不同海域的科学问题,在大西洋与地中海精选10个海区建立观测网,大约有5000km的海底电缆。ESONET计划不像NEPTUNE计划那样是一个独立完整的海底观测网络,它是由不同地区间的网络系统组成的联合体。

(6)中国东海海底观测小衢山试验站

东海海底观测小衢山试验站设置在羊山国际深水港东南约20km的小衢山岛附近,其水域平均深度15m。小衢山试验站于2009年4月正式运作。该试验站包括双层凯装海底光电复合缆,联接具有不同型号的水密接插头、实现能源自动供给和通信传输的基站特种接驳盒。光电复合缆通过海洋平台登录,由台上的太阳能蓄电池实施不间断能源供应。现场海洋观测数据通过光电复合缆传输到平台后经CDMA无线网络实时发到实验室服务器上。

5.结语

海底观测网络是多种技术的结合,它已成为人们深入认识海洋、认识地球的又一基本观测平台。海底观测网络在海洋预测、海洋科学研究、海洋资源开发、

地震海啸观测和国家安全等多个方面具有重大的科学和现实意义。日本、美国、加拿大以及欧洲等国都已铺设了自己的海底观测网并已经运作。而我国无论从技术水平和科学成果来看都与这些发达国家在海底观测系统上存在着很大的差距。但是我国也逐渐开始重视海洋观测的发展,并建设了一些小型观测站。目前我国的一些高校合作研发中国的海底观测系统,并取得了一些进步。

参考文献:

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1. 连锁企业 远程门店管理、远程督导加盟商、远程展示等; 2. 工厂 一线生产管理、远程企业展示、安全监控等; 3. 车辆 公共车辆运营安全监控,如公交车、大巴、出租车、运钞车等 4. 政府监督 用于商检、建委、环保局等政府职能部门用于相关远程监管; 六、客户展示(选择题) (1)客户类型:服饰连锁 ● 代表客户:诺奇服饰、阿维得、匹克; ● 主要应用:远程督导巡店,应用后客户单个区域经理每月节余了1000元以上的巡店费用,效率从原来的每店每 天1小时,提高了10倍;(2)客户类型:医药连锁● 代表客户:东南医药 ● 主要应用:门店人员服务规范督导和贵重药材的安全监控,平台应用后提高了人员对进店客户的响应速度,药品 陈列也更专业,对人员起到较大威慑作用,物品丢失也明显减少; (3)客户类型:食品连锁● 代表客户:向阳坊 ● 主要应用:招商加盟、门店服务规范督导 (4)客户类型:工厂 ● 代表客户:福州瑞曜、福建天昱; ● 主要应用:应用于生产线管理和广交会等展会展示,外贸企业可让国外的客户全程监管合同生产进程,减去费时 劳力的验厂步骤,大大提高公信力,给企业带来定单; (5)客户类型:广播电台 ● 代表客户:厦门经济交通广播电台 ● 主要应用:用于实时查看现场情况,进行新闻报道,增强电台报道的实时性,且实现成本低; (6)客户类型:运营商或其他柜台服务● 代表客户:中国联通 ● 主要应用:对邮政、电力、运营商、广电等柜台服务网点服务水平进行实时管理督导; (7)客户类型:金店(连锁或非连锁)● 代表客户:佳慧珠宝; ● 主要应用:财产安全监控,系统可双重备份录像,即使本地录像被破坏,也可通过服务器录像寻找破案线索; (8)客户类型:建设安全监督● 代表客户:福建建委

无线传感器网络协议栈研究与设计-第3章

第3章 低功耗无线传感器网络协议栈整体设计 本章的目标是对低功耗环境测控网络协议栈进行整体设计。首先对环境测控系统进行需求分析明确其适用场景和网络设备类型;然后,根据需求分析确定协议栈的设计目标,并选择适合的网络拓扑结构和协议栈的分层架构。协议栈的网络层和MAC 层将作为本章的设计的重点。 3.1 网络需求分析 3.1.1 应用场景介绍 本课题来源于研究生校企合作项目,所设计的低功耗无线传感器协议栈主要应用于环境测控系统中。该系统长期无人值守,其温度、湿度等环境参数由连接无线节点的传感器实时采集并上传至汇聚节点,汇聚节点再通过有线的方式传输至面向用户的管理终端。多个子系统采集的数据最后由各自的管理终端传送至云端处理中心进行数据的保存,整个系统框图如图3.1所示。 云端处理中心 二级中继 汇聚节点 图3.1 环境测控系统框图 图中的环境测控无线网络是执行数据采集和设备控制的主体,也是协议栈发挥作用的区域。一个环境测控无线网络负责一个区域,区域之间有一定的距离,

因此无线网络之间不存在干扰,但无线网络的运行方式一致。该项目处于初期开发阶段,所以本文设计的协议栈只应用于单个环境测控无线网络中。 该课题所涉及的环境测控系统处于室内,人员进出频率低。网络中节点数不超过65个,包含一个汇聚节点。点对点通信的距离要求达到20米。传感器节点以10秒为周期采集并发送环境数据。考虑到室内可能会出现一些特殊设备、隔断等障碍影响通信距离,并使得部分节点处于屏蔽的位置,因此网络通过设置中继节点来扩展通信距离,经过中继后的通信距离要求60米及以上。由于成本等原因,课题设定数据包最多经过两级中继传递,每级中继最多4个,中继数量不超过8个。同时,系统中存在少量控制节点,控制节点连接室内的控温设备来调节室内温度。控制节点由工作人员从软件端下达命令进行开关,因此不具备周期性。该课题要求除汇聚节点、中继节点之外的所有节点能在1000mA/h电池的支持下工作一年以上。为保证数据采集的有效性和传输的可靠性,该课题要求多节点共享信道的丢包率在5%以内。此外,由于环境的特殊性,人员不能随时到场,还要求该环境测控网络中的节点具有安装简单、组网快速、配置容易的特点。以上需求总结如表3.1所示。 表3.1 环境测控系统需求指标 表3.1明确了该环境测控无线网络的要求。通过需求指标能使协议栈的设计更有约束性,设计方向也会更加明确。

无线传感器网络的特点

无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息,在监测区域通常部署大量传感器节点,传感器节点数量可能达到成千上万,甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义:一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内,如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测,需要部署大量的传感器节点;另一方面,传感器节点部署很密集,在一个面积不是很大的空间内,密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点:通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比;通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度,降低对单个节点传感器的精度要求;大量冗余节点的存在,使得系统具有很强的容错性能;大量节点能够增大覆盖的监测区域,减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中,通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定,节点之间的相互邻居关系预先也不知道,如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中,或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力,能够自动进行配置和管理,通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传

感器网络使用过程中,部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效,也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中,这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少,从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变:①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效;②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化,甚至时断时通;③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性;④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化,具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域,传感器节点可能工作在露天环境中,遭受太阳的暴晒或风吹雨淋,甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署,如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固,不易损坏,适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大,不可能人工“照顾每个传感器节点,网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要,要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此,传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。 应用相关的网络

无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制

无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制 随着通信技术的发展,安全问题显得越来越重要。在现实生活中,有线网络已经深入到千家万户:互联网、有线电视网络、有线电话网络等与人们生活的联系越来越紧密,已经成为必不可少的一部分,有线网络的安全问题已经能够得到有效的解决。在日常生活中,人们可以放心的使用这些网络,利用它来更好的生活和学习。然而随着无线通信技术的不断发展,无线网络在日常生活中已占据重要的地位,如无线LAN技术、3G技术、4G技术等,同时也有许多新兴的无线网络技术如无线传感器网络,Ad-hoc等有待进一步发展。随着人们对无线通信的依赖越来越强烈,无线通信的安全问题也面临着重要的考验。本章首先介绍普通网络安全定位研究方法,随后介绍无线传感器网络存在的安全隐患以及常见的网络攻击模型,分析比较这些攻击模型对定位的影响,最后介绍已有的一些安全定位算法,为后续章节的相关研究工作打下基础。 3.1 安全定位研究方法 不同的定位算法会面临着不同的安全方面的问题,安全定位的研究方法可以采用图3-1所示的流程来进行。 图3-1安全定位方法研究流程图

Figure 3-1 Flowchart of security positioning research method 在研究中首先要找出针对不同定位算法的攻击模型,分析这些攻击对定位精度所造成的影响,然后从两方面入手来解决这个安全问题或隐患:一方面改进定位算法使得该定位算法不易受到来自外界的攻击,另一方面可以设计进行攻击检测判断及剔除掉受到攻击的节点的安全定位算法或者把已有的安全算法进行改进使之能够应用于无线传感器网络定位,还可以从理论上建立安全定位算法的数学模型,分析各种参数对系统性能的影响,最后根据这个数学模型对算法进行仿真,并把仿真结果作为反馈信息,对安全定位算法进一步优化和改进,直到达到最优为止。 3.2 安全隐患 由于无线传感器网络随机部署、网络拓扑易变、自组织成网络和无线链路等特点,使其面临着更为严峻的安全隐患。在传感器网络不同的定位算法中具有不同的定位思想,所面临的安全问题也不尽相同。攻击者会利用定位技术的弱点设计不同的攻击手段,因此了解各定位系统自身存在的安全隐患和常见的攻击模型对安全定位至关重要。 影响无线传感器网络定位的原因大致可以分为两类:其一,节点失效(如节点被破坏、电量耗尽)、环境毁坏(通信干扰)等引起的定位误差;其二,恶意攻击[30],攻击者主要是通过内部攻击和外部攻击两种方式来增大无线传感器网络的定位误差或使节点定位失效。 采用不同的定位算法,系统存在不同的安全隐患。按照定位算法的分类将安全隐患大致分为:基于测距的定位的安全隐患和基于无需测距定位的安全隐患。 3.2.1 基于测距定位的安全隐患 基于测距的定位技术需要测量未知节点和参考节点之间的距离或方位信息。攻击者主要针对定位系统位置关系的测量阶段和距离估计阶段进行攻击。在测距阶段,攻击者通过改变测距所需要的参数或者产生干扰和欺骗以增大误差,达到攻击的目的。 基于测距定位的攻击手段主要有以下几种:(1)通过移动、隔离信标节点来

全国连锁店监控方案远程网络监控系统

全国连锁店监控方案(远程网络监控系统) 1. 适用范围: 连锁店监控/商铺监控/商店监控/集团监控(总部/分部)/异地办公监控等 2. 行业特点: 一般连锁经营的企业拥有着几十、甚至几百家连锁分店。由于连锁店经营规模的不断扩大,跨省跨市的连锁店分布式的模式逐渐成为连锁店经营的现代模式。 3. 需求分析: 因连锁店分布分散,具有不利安全防范和不便管理的特点,本设计方案主要解决这两个方面的问题: 3.1安全防范:保障基础设施和设备的安全,防盗、防火等,具体如下: a) 库房、厂大门、重点办公区域、围墙等。通过摄像、红外探头等,监视人员活动情况,防止非法闯入; b) 重点部位安装摄像机,进行24小时不间断视频监控,可报警联动录像,有些部位可采用红外摄像机以及大倍数可变焦摄像机; c) 在意外事故发生时能够提供报警设备的联动; d) 可实现集中管理、控制全部监控区域,并可实现无人值守存储工作,降低劳动强度以及降低投入成本; 3.2监督员工、加强管理:提高企业员工可控性;全面了解企业各营业网点销售情况、店内员工工作情况,以及对突发事件报警录像等,具体有以下内容: a) 在各大店内的营业区域进行全面监管,灵活调看店内营业秩序,员工工作面貌,包括着装形象、热情度、销售流程等是否达到总公司要求的标准化、专业化和统一化,以便及时进行各期职业培训,保证公司整体销售水平和服务水平的不断进步。 b) 通过各店的视频图像,了解和统计客户流量及各种销售信息,从而为各店制定各季度销售计划和销售任务提供依据,同时也为新的促销计划提供可靠资料; c) 通过同步视频监看,对各种突发事件可采取更为快速、有效的反应措施;同时通过录像资料,便于事后查证,澄清事实,最大限度减少各类损失,并且有效避免同类事件的发生。 d)可通过该监控系统,开展公司内部各店间的销售观摩,交流销售经验,提高员工互动性和进取心,从而增强企业文化,培养不断创新的企业氛围。

无线传感器网络节点介绍

基于系统集成技术的节点类型和特点 在节点的功能设计和实现方面,目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。已出现的多种节点的设计和平台套件,在体系结构上有相似性,主要区别在于采用了不同的微处理器,如AVR系列和MSP430系列等;或者采用了不同的射频芯片或通信协议,比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。典型的节点包括Berkeley Motes [2,3], Sensoria WINS[4], MIT μAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。国内也出现诸多研究开发平台套件,包括中科院计算所的EASI系列[13-14],中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。 这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同,包括处理器单元、存储器单元、射频单元,扩展接口单元、传感器以及电源模块。其中,核心部分为处理器模块以及射频通信模块。处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等,射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离,它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。 目前问世的传感节点(负责通过传感器采集数据的节点)大多使用如下几种处理器:ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器,TI公司生产的MSP430系列处理器,而汇聚节点(负责会聚数据的节点)则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。这些处理器的性能综合比较见表1。 表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较

抽油机远程测控系统_v6.0

油田远程测控系统技术方案

目录 一、系统概述 (3) 二、系统功能 (3) 2.1 数据检测功能 (3) 2.2 先进传感器检测功能 (4) 2.3 无线通信功能 (4) 2.4 数据共享功能 (4) 2.5 数据显示功能 (5) 2.6 报警功能 (5) 2.7 报表功能 (5) 2.8 权限设置功能 (6) 三、系统结构 (6) 四、相关设备及其性能参数描述 (7) 4.1 无线载荷传感器RC-GDJ3-A (7) 4.2 无线角位移传感器RC-GDJ3-B (9) 4.3 多功能无线智能接收终端RTU( CSY-1) (11) 4.4 无线数字温度仪表HU-43GD (12) 4.5 无线数字压力仪表CSY-3GD (13) 4.6 电力参数测量模块CSY-DL9033A (14) 4.7 后端机柜CSY-JG (17) 五、监控中心服务器软件功能说明 (17) 5.1 完善的权限管理 (18) 5.2简洁明了的实时数据显示风格 (19) 5.3 完备的数据查询功能 (20) 5.4 智能化的数据统计分析功能 (23) 5.5完备简洁的参数配置功能 (23) 5.6 方便及时的异常报警功能 (25) 5.7 完善的打印报表功能 (26)

一、系统概述 随着电子技术和通信技术的发展,“数字化油田”建设已取得了丰硕的成果,为油田节能降耗做出了重大贡献。本系统就是在此背景下研发的一套由计算机管理的油田远程测控设备系统,由于石油开采的主要设备大量分布在野外或海上,维护管理费时费力。本公司生产的油田远程测控系统创造性地解决了采油设备的遥测、遥控等问题,同时该设备采用了先进的ISM频段无线通信技术和MEMS微电子运动检测技术,使现场设备的安装发生了革命性的变革。使用本系统可节省大量的人力物力,大大提高油田的生产效率。 本系统集先进、成熟的计算机软件技术、网络技术、无线通信技术、数据采集技术以及先进的传感器技术于一体,通过高精度的数据采集设备,获取安装在抽油机上载荷、位移、井口温度、油压、套压、电压、电流、电功率等参数,通过短距离ISM频段无线通信的方式传输到安装在抽油机旁边的主控柜里,然后由主机柜里的传输处理设备通过中国移动或中国电信的GPRS/CDMA网络传输到安装在监控中心的服务器上,服务器上安装本公司开发的数据监控及信息发布软件系统,即可对油井各种运行参数进行实时检测,并且用户只需找到一台能上网的电脑通过网页远程登录监控中心服务器远程察看现场数据,并具备故障后往预设手机号报警的功能,实现了随时随地能查看抽油机现场参数的目的。 二、系统功能 2.1 数据检测功能 本设备自动检测、记录采油设备上的光杆载荷、光杆位移、油压、套压、井口温度、电压、电流、电功率等数据。设备都配备高精度的

无线传感器网络安全技术综述

无线传感器网络安全技术综述 摘要:本文总结了无线传感器网络面临的安全问题,并从安全协议、安全算法、密钥管理、认证技术、入侵检测等方面分析了近年来无线传感器网络所用的安全技术。最后分析总结了无线传感器网络未来安全技术研究应该注意的地方。 关键词:安全问题协议算法认证技术入侵检测 1 引言 无线传感器网络在近些年来发展迅速,被认为是新一代的传感器网络,由于其体积小,成本低,功耗低,具有自组织网络,现已经广泛应用于军事、环境监测、交通管制、森林防火、目标定位、医疗保健、工业控制等场景[1]。 大多无线传感器网络节点被部署在无人值守或地方区域,传感器网络受到的安全威胁就变得更为突出,且由于传感器节点体积小,其储存开销、能量开销、通信开销都受到限制,所以传统无线网络的安全机制并不能完全的应用于无线传感器网络中。缺乏有效的安全机制已经成为传感器网络应用的主要障碍. 近些年来,随着无线传感器网络的发展,其安全技术也有了很大的进步。虽然传感器网络安全技术研究与传统网络有着很大的区别,但他们的出发点有相同的敌方,均需要解决信息机密性、完整性、消息认证、信息新鲜性、入侵检测等问题[2],无线传感器网络的安全协议跟传统网络的安全协议有着其独特性也有其同性。国内外研究人员针对无线传感器网络安全协议、算法、密钥管理、认证技术、体系结构等方面都进行了大量的研究,取得了很多成果。本文将对这些已有的研究成果进行总结分析。 2 无线传感器网络安全概述 无线传感器网路安全要求是基于在传感器节点和网络本身条件限制而言的,如而节点的电池能量、睡眠模式、内存大小、传输半径、时间同步等。部署的环境也是网络安全问题的一个重要因素。 2.1网络受到的威胁和攻击 攻击是一种非法获取服务、信息,改变信息完整性,机密性的行为。无线传感

远程监控系统原理

远程监控系统原理 网络视频系统通常指的是安全监视和远程监控领域内用于特定应用的IP监视系统,该系统使用户能够通过IP网络(LAN/WAN/Internet)实现视频监控及视频图像的录制。系统采用管理服务器,模块化结构设计,在设计、分布式控制以及处理方面具有极大的灵活性和可扩展性,通过电子地图上的图标设备树列表实现设备控制设备,并为网络用户提供在网络环境中对传统监控设备进行视频查询、管理、控制、录像等多种功能。 软件提供一个完善的用户界面,所有的常规操作如监视器、摄像机、矩阵等均可通过鼠标来控制,而无需使用菜单或输入命令,警报可以通过点击鼠标来确认,操作者的所有操作可以自动记录。MPEG4压缩的视频图像和音频,具有完善的录像管理功能,可进行实时录像,并且可以定时控制和动态录像。具有移动检测报警和外部触发报警功能。 根据需要,系统可实现对远距离分散的现场进行集中监控,也可实现对集中监控中心的远距离分控查询。网络传输介质可以采用:局域网、广域网、因特网;支持在ADSL、ISDN及DDN等线路上进行传输。可在网络上任一点实现分控,就如同操作者在监控中心所做的操作一样。是对传统监控系统中监控中心所起作用的扩展和延伸。 与模拟视频系统不同的是,数字视频系统采用网络,而不是点对点的模拟视频电缆,来传输视频及其他与监控相关的各类信息。 网络视频监控技术根据传输方式可以分为模拟传输、网络数字传输。在网络数字传输方式中又分为电话线、DDN、ISDN、光纤、无线传输、VSAT卫星线路等,在各种网络中可能采用不同的连接方式,有的在同一网中都可能存在几种不同的传输方式。在PSTN网上,利用用户现有的电话线进行多媒体(尤其是视频信号)传输可以采用几种不同的方式: 1、MODEM接入,采用低数据速率的H.263会议电视视频压缩标准,将几十K的数据流通过28.8Kbps的V.34 MODEM接入PSTN网,传输CIF、QCIF每秒5~15帧的图像。目前33.5Kbps至56Kbps的Modem已很普及,这种传输方式有利于低速率的视频传输,帧率也可以进一步提高;

无线传感器网络节点硬件

1 系统结构概述 本文设计的WSN硬件平台,由若干传感器节点,具有无线接收功能的汇聚节点,以及一台PC机组成。 根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求,节点的设计主要包括如下几个基本部分:传感器单元、处理器单元、A/D单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。节点的硬件体系结构框架如图1-1 所示。 图1-1 传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据,提供给处理器单元进行处理;处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作;射频天线单元负责与其他节点进行无线通信,交换控制信息和相关数据;供电单元负责为节点提供运行所需的能量;扩展接口可以实现节点平台的功能拓展,以适应不同的应用需求。 2 节点核心模块设计: 2-1电源模块设计: 电源是设计中的关键部分,电源稳定工作是整个节点正常工作的保证,设计合理的电源电路至关重要。节点包含模拟器件和数字器件,模拟器件的抗干扰能力较差,且数字器件常常为模拟器件的噪声源,故为了 图2-1-1 提高电路的抗干扰能力,模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。电源可选用电池或干电池,电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片,分别提供3.3V和1.8V的数字与模拟电压,电路如图2-1-1所示。 2-2传感器 模块设计: 温度传感器设 计:本设计采用 LM75DM-33R2串行 可编程温度传感 器,这种传感器在 环境温度超出用户 变成设置时通知主 控制器。滞后也是 可以编程解决。它 采用2线总线方式,允许读入当前温度,并可配置器件。它是数字型温度传感器,直接从

寄存器读出温度参数,并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。 图2-2-1是其功能图,因为设计中只是简单的监测环境的温度,故只需一片 LM75,所以地址线A0、A1、A2置地,INT/CMPTR悬空,设计的接口电路如图2-2-2所示。 图2-2-1 图2-2-2 因为cc2431本身带有A/D模块,也可采用温度传感器AD590测量温度,其接口电路如图2-2-3。

无线传感器网络知识点归纳

一、无线传感器网络的概述 1、无线传感器网络定义,无线传感器网络三要素,无线传感器网络的任务,无线传感器网 络的体系结构示意图,组成部分(P1-2) 定义:无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)是由部署在监测区域内大量的成本很低、微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一种多跳自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖范围内感知对象的信息,并发送给观察者或者用户 另一种定义:无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息,并报告给用户 三要素:传感器,感知对象和观察者 任务:利用传感器节点来监测节点周围的环境,收集相关的数据,然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点,再通过汇聚节点将数据传送到用户端,从而达到对目标区域的监测 体系结构示意图: 组成部分:传感器节点、汇聚节点、网关节点和基站 2、无线传感器网络的特点(P2-4) (1)大规模性且具有自适应性 (2)无中心和自组织 (3)网络动态性强 (4)以数据为中心的网络 (5)应用相关性 3、无线传感器网络节点的硬件组成结构(P4-6) 无线传感器节点的硬件部分一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块4部分组成。

4、常见的无线传感器节点产品,几种Crossbow公司的Mica系列节点(Mica2、 Telosb) 的硬件组成(P6) 5、无线传感器网络的协议栈体系结构(P7) 1.各层协议的功能 应用层:主要任务是获取数据并进行初步处理,包括一系列基于监测任务的应用层软件 传输层:负责数据流的传输控制 网络层:主要负责路由生成与路由选择 数据链路层:负责数据成帧,帧检测,媒体访问和差错控制 物理层:实现信道的选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等功能 2.管理平台的功能 (1)能量管理平台管理传感器节点如何使用能源。 (2)移动管理平台检测并注册传感器节点的移动,维护到汇聚节点的路由,使得传感器节点能够动态跟踪邻居的位置。 (3)任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。 6、无线传感器网络的应用领域(P8-9) (1)军事应用 (2)智能农业和环境监测 (3)医疗健康 (4)紧急和临时场合 (5)家庭应用 (6)空间探索

全国连锁店监控方案远程网络监控系统

全国连锁店监控方案远程网络监控系 统 1

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全国连锁店监控方案( 远程网络监控系统) 1. 适用范围: 连锁店监控/商铺监控/商店监控/集团监控( 总部/分部) /异地办公监控等 2. 行业特点: 一般连锁经营的企业拥有着几十、甚至几百家连锁分店。由于连锁店经营规模的不断扩大, 跨省跨市的连锁店分布式的模式逐渐成为连锁店经营的现代模式。 3. 需求分析: 因连锁店分布分散, 具有不利安全防范和不便管理的特点, 本 设计方案主要解决这两个方面的问题: 3.1安全防范: 保障基础设施和设备的安全, 防盗、防火等, 具体如下: a) 库房、厂大门、重点办公区域、围墙等。经过摄像、红 外探头等, 监视人员活动情况, 防止非法闯入; b) 重点部位安装摄像机, 进行24小时不间断视频监控, 可报警联动录像, 有些部位可采用红外摄像机以及大倍数可变焦摄像机; c) 在意外事故发生时能够提供报警设备的联动; d) 可实现集中管理、控制全部监控区域, 并可实现无人值守存储工作, 降低劳动强度以及降低投入成本; 3

3.2监督员工、加强管理: 提高企业员工可控性; 全面了解企业各营业网点销售情况、店内员工工作情况, 以及对突发事件报警录像等, 具体有以下内容: a) 在各大店内的营业区域进行全面监管, 灵活调看店内营业秩序, 员工工作面貌, 包括着装形象、热情度、销售流程等是否达到总公司要求的标准化、专业化和统一化, 以便及时进行各期职业培训, 保证公司整体销售水平和服务水平的不断进步。 b) 经过各店的视频图像, 了解和统计客户流量及各种销售信息, 从而为各店制定各季度销售计划和销售任务提供依据, 同时也为新的促销计划提供可靠资料; c) 经过同步视频监看, 对各种突发事件可采取更为快速、有效的反应措施; 同时经过录像资料, 便于事后查证, 澄清事实, 最大限度减少各类损失, 而且有效避免同类事件的发生。 d)可经过该监控系统, 开展公司内部各店间的销售观摩, 交流销售经验, 提高员工互动性和进取心, 从而增强企业文化, 培养不断创新的企业氛围。 e) 建立现代化的科学管理体制, 利用网络和多媒体监控技术, 实现总部和分店间的信息通道。在最短的时间经过网络将各种任务、决定同步下达到分店, 而且各分店可根据各自实际情况立即进行信息反馈, 大大提高了管理效率, 节省了管理成本。 4

RTU(远程测控终端)详细介绍说明

RTU(远程测控终端) RTU(远程测控终端),英文全称“Remote Terminal Unit”,中文全称为远程终端控制系统,负责对现场信号、工业设备的监测和控制。其中包括:开关量输入单元、开关量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、脉冲量输入单元、脉冲量输出单元、数字量输入单元。 开关量输入单元:对现场各种开关信号的采集,现场信号可以是继电器触点开关(无源),也可以是电压信号,还可以是电流信号。由于采用光隔离器件,可以抵抗现场各种干扰,能够在强电场、强磁场、多尘埃、潮湿环境下正常工作。 开关量输出单元:用于遥控远端设备的开停、声光、告警等。 模拟量输入单元:采用模拟开关及光电隔离技术,将现场各种模拟信号采集进来,既可以是4-20mA、0-10mA标准模拟信号;也可以是非标准模拟信号,如交流220V 等,A/D板采用智能A/D变换和利用软件技术,可抗工频50Hz干扰,射频干扰等,A/D变换精度高达14位。模拟量路路隔离,可以用于不同的地电位设备同时采集。 模拟量输出单元:用于PID调节方式下的各种自控系统。 脉冲量输入单元:采集脉冲信号的频率,带光隔。采集信号的频率范围为0~20MHz。 数字量输入单元:接收各种串行数据信号。可以是RS485接口,RS232,RS422接口,或V11,V28等各种波特率下的异步串行数据。也可以采集64K同步数据。 RTU具有的特点是:(1)通讯距离较长;(2)用于各种恶劣的工业现场;(3)模块结构化设计;便于扩展;(4)在具有遥信、遥测、遥控领域的水利,电力调度,市政调度等行业广泛使用。目前,RTU产品与无线设备,工业TCP/IP产品结合使用,正在发挥越来越大的作用。 PLC 一般主要用于工厂车间流水线的控制,而RTU 在国外主要用于室外应用,恶劣环境中,比如在一些无人值守的站点。RTU具有梯形图和C语言编程,屏幕组态软件编程。与PLC相比特点是: 1.运算能力强 2.可带液晶显示,就地显示和控制 3.模拟量采集能力强最多24路 4.掉电保护程序不丢失

无线传感器网络路由协议

无线传感器网络的关键技术有路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术等。路由协议: 数据包的传送需要通过多跳通信方式到达目的端,因此路由选择算法是网络层设计的一个主要任务。路由协议主要负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,它主要包括两个方面的功能: 1.寻找源节点和目的节点间的优化路径。 2.将数据分组沿着优化路径正确转发。 无线传感器与传统的无线网络协议不同之处,它受到能量消耗的制约,并且只能获取到局部拓扑结构的信息,由于这两个原因,无线传感器的路由协议要能够在局部网络信息的基础上选择合适路径。传感器由于它很强的应用相关性,不同应用中的路由协议差别很大,没有通用的路由协议。无线路由器的路由协议应具备以下特点: (1)能量优先。需要考虑到节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。(2)基于局部拓扑信息。WSN为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式,因此节点如何在只能获取到局部拓扑信息和资源有限的情况下实现简单 高效的路由机制,这是WSN的一个基本问题。 (3)以数据为中心。传统路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据,而WSN由于节点的随机分布,所关注的是监测区域的感知数据,而不是具体哪个节点获取的信息,要形成以数据为中心的消息转发路径。 (4)应用相关。设计者需要针对每一个具体应用的需求,设计与之适应的特定路由机制。 现介绍几种常见的路由协议(平面路由协议、网络分层路由协议、地理定位辅助路由协议): 一、平面路由协议 平面路由协议中,逻辑结构时平面结构,节点间地位平等,通过局部操作和反馈信息来生成路由。当汇聚点向某些区域发送查询并等待来自于这些区域内传感器所采集的相关数据,其中的数据不能采用全局统一的ID,而是要采用基于属性的命名机制进行描述。平面路由的优点是结构简单、鲁棒性(即路由机制的容错能力)较好,缺点是缺乏对通信资源的优化管理,对网络动态变化的反应速度较慢。其中典型的平面路由协议有以下几种: 1.1.洪泛式路由(Flooding): 这是一种传统的网络通信路由协议。这种算法不要求维护网络的拓扑结构和相关路由的计算,仅要求接受到信息的节点以广播形式转发数据包。例如:S节点要传送一段数据给D节点,它需要通过网络将副本传送给它每一个邻居节点,一直到传送到节点D为止或者为该数据所设定的生存期限为零为止。优点在于:实现简单;不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂路由发现算法消耗计算资源;适用于鲁棒性较高的场合。但同时也有相应的缺点:一个节点可能得到一个数据的多个副本;存在部分重叠,如果相邻节点同时对某件事作出反应,则两个节点的邻居节点将收到两份数据副本;盲目使用资源,无法作出自适应的路由选择。 为克服Flooding算法这些固有的缺陷,S.Hedetniemi等人提出闲聊式

无线传感器网络安全技术

无线传感网络设计报告 题目无线传感器网络安全设计 报告人 指导老师 二○一六年十二月 无线传感器网络安全技术 摘要:针对目前库在未来的几十年里,传感器网络作为首要的技术的出现给许多研究拘束人员带来了很多挑战。这些传感器网络由大量的同质节点,这些节点可以用来限制计算机的资源。现实生活中的很多应用在传感器网络的研究文献中被提出来。当传感器网络部署在一个意想不到的或敌对的环境中,安全问题成为一个重要的关注点,因为这些安全问题都来自不同类型的恶意攻击。在本文中,我们目前的关于无线传感器网络安全问题的调查、网络受到的攻击还有相应的对策以及对未来工作范围的都有了很好结论和概述。 关键字:无线传感器网络;安全;威胁;危险 1 引言 传感器网络监控物理或环境条件如温度、声音、压力、湿度等。传感器网络由大量的低功率、低成本的智能设备与极端的资源约束。每个设备是称为传感器节点,每个节点连接到一个有时几个传感器节点。它具有无线通信的能力和一些情报信号处理和数据网络。这些传感器节点通常是在各种随机方向地区收集数据、过程数据并将其传递给中央节点进行进一步处理。每个传感器节点由三个子系统组成:传感器子系统、处理子系统和通信子系统。传感器子系统用于传感环境。处理子系统用于执行当前计算数据感知和负责通信子系统与邻近的传感器节点的信息交换。

传感器网络在许多应用程序中使用。这些应用程序包括: 1)军事应用,如监测出对方是否是友好的和设备、军事影院或战场监测、核、生物和化学攻击检测。 2)环境应用程序等小气候、森林火灾探测、精确农业和洪水检测。 3)应用程序,如跟踪和健康监控,医生对在医院的病人进行药物生理数据的管理、远程监控。 4)家庭应用,如食品自动化的环境,自动抄表等。 5)环境等商业应用控制在工业办公楼和车辆跟踪和检测、库存控制、交通流监测[1]。 2 传感器节点的体系结构 传感器节点是无线传感器的重要组成部分。通过网络可以收集传感器和执行一些计算的信息和其他结果网络中连接节点沟通。 图1:传感器节点的体系结构传感器节点由以下部分组成: a:控制器 它是传感器节点的大脑。它的功能是控制其它部分的传感器节点。它能够处理数据执行任务。由于其低成本,灵活地连接到其他设备,方便编程和低功耗主要在传感器微控制器作为控制器比通用微控制器节点(数字信号桌面处理器,处理器)。 b .收发器 无线传输介质可以像无线电频率(RF),光学(激光)和红外通信以不同的方式。激光有优势它只需要更少的能量,但主要缺点是它大气状况更为敏感。红外是也是一个不错的选择,但它广播有限能力。所以大部分的基础是基于射频通信。收发器的主要功能能够作为发射机和接收机。 c .外部存储器 由于成本和存储容量,使用闪存。 d .电源 电源是最重要的一个单位例如单电池可能是有限的。有些支持清除设备(如太

硬盘录像机远程监控怎么设置图文详解设置方法

硬盘录像机远程监控怎么设置图文详解设置方法 [摘要]硬盘录像机远程监控怎么设置?即便是看着说明书来设置,很多人还是不能设置好。下面小编就详细地讲解一下硬盘录像机远程监控的设置方法。 硬盘录像机远程监控怎么设置?即便是看着说明书来设置,很多人还是不能设置好。下面小编就详细地讲解一下硬盘录像机远程监控的设置方法。 一、设备准备: 要想实现远程监控,我们首先需要把硬盘录像机连接到网络中。目前来看,大多数中小型企业、办公室、家庭均使用ADSL,而且最经济的方法就是使用ADSL。所以我们要想实现远程监控,硬盘录像机最基本的需要就是ADSL的宽带网络。在开通ADSL后,我们还需要一台支持DDNS功能的路由器(除非你的ADSL仅供硬盘录像机使用,没有其他需要上网的电脑和设备),据我们使用的情况看,TP-LINK系列的路由器就可以,价格和稳定性比较好,操作方法也比较简单,这里也就以TP-LINK410的路由器为例。这样,所需要做的前期工作就是: 1、ADSL开通并可以正常使用,记住ADSLde上网用户名和密码; 2、安装TP-LINK410路由器(四台电脑以上用户可以选择R810或其他支持DDNS的路由器),连接电脑和硬盘录像机,按照说明书进行路由器设置,将路由器的上网方式设置为“自动连接”,通过电脑检查是否可以正常上网,准备就绪后,进入硬盘录像机的远程监控设置: 二、硬盘录像机的IE远程监控设置: 1、检查硬盘录像机的网络连接是否畅通,运行是否正常: 将网线连接到硬盘录像机,打开电源。按照说明书操作,进入硬盘录像机设置界面,进入“网络设置”: 选择“类型”→“静态IP”:移动光标键到需要填写或修改的位置,' c) x% p ^; c; d/ c+ C 将静态IP修改为:“192.168.1.110”→确认→将网关修改为“192.168.1.1”→确认→将“子网掩码"修改为“255.255.255.0”→确认 暂时不要修改其他的设置,“确认”退出。 2、检查硬盘录像机是否可以在局域网访问,浏览是否正常: 首先,打开IE浏览界面: 选择进入“工具” →“internet选项……” →“安全” →“自定义级别(C) 将“activeX控件和插件”下面的7个选项全部选择为“启用”→“确认”退出 现在,在IE的地址栏输入“192.168.1.110”→回车 稍等,计算机会提示你下载安装插件,点击“安装”(如果安装有防火墙之类屏蔽软件,请暂时关闭,安装插件完成后再打开); 安装插件结束后,会弹出连接对话框,选择选择默认的用户名和密码,直接点击“OK”即可看到监控的画面! 注意:如果没有提示安装插件或不能访问,证明网络连连接有问题,请检查;如果网络连接后,显示的画面出现横纹,请在点击“OK”前,选择“Option”,勾选“Enable Overlay”,再点击“OK”,就可以正常显示监控画面; 3、进入路由器的远程监控设置:

无线传感器网络复习总结

复习 题型:共计38~39题,计算题较少,原理题很多 (1)选择题15’ (2)填空题10’ (3)名词解释3’x5 (4)作图题10’x1 (5)问答题20’x1(根据原理应用自主进行选择作答) 第1章 1.P3 图1.1无线网络的分类 2.无线传感器的定义P3 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息,并报告给用户。 无线传感器网络的三个基本要素:传感器、感知对象、用户; 无线传感器网络的基本功能:协作式的感知、采集、处理和发布感知信息。

3.P4 图1.2现代信息技术与无线传感器网络之间的关系 无线传感器网络三个功能:数据采集、处理和传输; 对应的现代信息科技的三大基础技术:传感器技术、计算机技术和通信技术;对应的构成了信息系统的“感管”、“大脑”和“神经”。 4.P5P6 ★图1.3无线传感器网络的宏观架构 传感器网络网关原理是什么?

无线传感器通常包括传感器节点(sensor node),汇聚节点(sink node)和管理节点(manager node)。汇聚节点有时也称网关节点、信宿节点。 传感器节点见后2要点介绍。 Sink node:网关节点通过无线方式接收各传感器节点的数据并以互联网、移动通信网等有线的或无线的方式将数据传送给最终用户计算机。网关汇聚节点只需要具有处理器模块和射频模块、通过无线方式接收探测终端发送来的数据信息,再传输给有线网络的PC或服务器。汇聚节点通常具有较强的处理能力、存储能力和通信能力,它既可以是一个具有足够能量供给和更多内存资源与计算能力的增强型传感器节点,也可以是一个带有无线通信接口的特殊网关设备。汇聚节点连接传感器网络和外部网络。通过协议转换实现管理节点与传感器网络之间的通信,把收集到的数据信息转发到外部网络上,同时发布管理节点提交的任务。 5.传感器网络节点的组成P5 图1.4传感器网络节点的功能模块组成 传感器网络节点由哪些模块组成?---作图、简答 传感器模块负责探测目标的物理特征和现象,计算机模块负责处理数据和系统管理,存储模块负责存放程序和数据,通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发布和接受,电源模块负责节点供电,节点由嵌入式软件系统支撑,运行网络的五层协议。 6.传感器网络的协议分层P5 1.5传感器网络的协议分层 每一层的作用是什么?---作图、简单

无线传感器网络数据传输可靠性研究

无线传感器网络数据传输可靠性研究 发表时间:2019-11-29T13:59:16.217Z 来源:《云南电业》2019年6期作者:王奔曹祥飞 [导读] 目前以各种传感技术为核心的物联网技术已经各种行业得到广泛应用,在基于传感网的无线数据传输中,无线网络的安全性、稳定性越来越重要。本文文章主要对于对无线传感器网络数据传输的可靠性进行了系统性分析评价,可更好的促进无线网络数据的实际应用,更加广泛应用于各个行业。 王奔曹祥飞 (南瑞集团有限公司江苏南京 211000) 摘要:目前以各种传感技术为核心的物联网技术已经各种行业得到广泛应用,在基于传感网的无线数据传输中,无线网络的安全性、稳定性越来越重要。本文文章主要对于对无线传感器网络数据传输的可靠性进行了系统性分析评价,可更好的促进无线网络数据的实际应用,更加广泛应用于各个行业。使安全可靠的无线传感器网络更好地服务人民生活。 关键词:无线传感器;网络数据传输;传感技术 一、无线传感器网络数据传输的使用现状以及影响因素 1.1使用现状 由于无线传感器在信息的传输、采集和处理等方面的便利性,使其在全世界内大量使用。大量无处不在的微小传感器节点在进行网络传输时构成了一个巨大的无线传感器网络,各个节点之间通过自组织的方式进行网络数据的无线传输,使得信息交换变得更加方便快捷。用户可对无线传感器网络预先设定程序,随时对需要监控的事务进行数据采集,实现对其开展实时监测,。在完成信息数据采集之后,无线传感器本身会利用嵌入式处理器模块对这些数据进行存储、处理和分析,特别标注无用数据信息或者与设定不符的数据,并进一步将分析的结果借助无线通信模块及无线传感器网络发送到用户终端,使用户实时掌握和监测数据的真实情况。 1.2影响因素 无线信号的质量决定了无线传感器网络数据传输的质量。无线传感器网络与普通的有线数据传输网络不同,无线传感器节点在利用无线网络开展数据传输时,必须要依靠无线传输网络作为媒介,所以对无线网络的传输质量有一定的要求。随着近年来无线通信的的迅猛发展,很多地区已经实现了无线网络覆盖,但是在一些偏远的地区,由于地理位置和交通情况的局限使得无线网络信号迟迟不能覆盖,导致人们在这些地方进行数据传输时的中断率、错误率增加,加大了无线传输实现难度。目前我国的人口众多,与现有的土地资源完全不符,为了拓宽土地资源,增大人类的活动面积,许多地方都建造了地下商城。地下商城由于地处地下,与网络覆盖范围之间隔着厚厚的土层,导致网络信号并不能完美地通过障碍进入地下商城,使得建造在地下的办公区域在利用无线传感器进行网络数据传输时的错误率增加。 二、无线传感器网络传输数据方面存在的弊端 2.1无线传感器自身的能量布局不合理,使得能量的消耗速度加快 无线传感器自身的体积较小,各个构件内能够储存的能量都是有限的。现为提高工作效率,使用无线传感器网络进行数据传输变得越来越频繁,无线传感器自身的工作时间也越来越长。任何事物都逃不过自然规律,都有自己的使用寿命。使用频率增多,使得无线传感器的使用寿命大大缩短,影响了无线传感器网络数据传输的可靠性。随着时代的发展和社会经济水平的增长,带来的弊端便是人类对资源的节约意识越来越淡薄。现在我们在使用无线传感器时,经常出现无线传感器长期开机却始终处于做无用功的状态,使得无线传感器自身的能量消耗速度加快,潜在影响了无线传感器网络数据传输的可靠性造。 2.2无线传感器网络受外界影响因素的影响较大,使得传输的安全风险加大 无线传感器网络是由大量的的无线传感器节点构成的,单个无线传感器之间并没有太大的联系,往往具有较强的独立性,单个节点故障退出会导致自组织网和网络拓扑的不确定性。无线传感器网络在进行数据传输时,需要借助网络信号作为媒介,所以网络信号的质量在某种层度上决定了无线传感器网络数据传输的可靠性。无线网络信号的质量及安全性受外界因素影响较大,它不仅会受人为因素而遭到破坏,还会受突发的自然灾害而受到影响。当自然天气突变等自然环境变化时,无线传感器节点极易损坏,进而影响到数据的可靠传输。同时无线传感器网络的质量还会受到磁场的影响,如果无线传感器在进行网络数据传输时周围有较强的磁场,数据传输的准确性也会严重下降,进而影响到无线传感器网络数据传输的可靠性。 2.3无线传输网络相比有线传输网络传输速度较慢、传输距离短 无线传感器网络相比有线网络来说,虽然具有便于安装、便于传输的特点,但由于自身能量有限,传输速率较慢,传输距离较短。现代各种行业各类应用中,多样化的信息采集数据量越来越大,传输实时性要求越来越高,传输距离越来越远,相对有线传输,无线传感器将消耗更多能量收集、传送信息,同时,网络的质量会受到各种外界因素的影响,使得传输速度不稳定,安全性也得不到保证,从硬性条件上降低了无线传感器网络的综合实力,降低了数据信息的传输速率,甚至影响了人们的工作效率,使得无线传感器网络数据传输的可靠性大为降低。 三、针对无线传感器网络传输数据方面存在的弊端提出的改善建议 3.1应当运用科学技术手段将无线传感器中的能量科学合理分配 为了尽可能地延长无线传感器的使用寿命,我们应当根据传感器节点使用场合调整其工作状态。在办公室内或家庭等固定场景中进行数据传输时,尽量选择使用有线的传输设备,缩短或减少无线传感器的运行时间。为了节约无线传感器自身的能量、降低能耗,应当在内嵌的构件中设计自动关机或待机的功能程序,当无线传感器在一定的时间始终处于做无用功的状态时,自动启动关机或待机程序,在完整地保留当前无线传感器内已有数据的基础上暂时关闭机器,节约设备内自身的能量,延长无线传感器的使用时间,提高无线传感器网络传输数据的可靠性。 3.2应当加大资金投入力度,拓宽全球无线网络的覆盖范围 无线传感器网络的传输质量会受到磁场、环境等外部因素的影响是不可避免的,我们可通过增加无线感器节点来加强无线传感器网络

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