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传感器网络的安全分析
由于传感器网络自身的一些特性,使其在各个协议层都容易遭受到各种形式的攻击。下面着重分析对网络传输底层的攻击形式。
1　物理层的攻击和防御
物理层中安全的主要问题就是如何建立有效的数据加密机制,由于传感器节点的限制,其有限计算能力和存储空间使基于公钥的密码体制难以应用于无线传感器网络中。为了节省传感器网络的能量开销和提供整体性能,也尽量要采用轻量级的对称加密算法。
对称加密算法在无线传感器网络中的负载,在多种嵌入式平台构架上分别测试了rc4、rc5和idea等5 种常用的对称加密算法的计算开销。测试表明在无线传感器平台上性能优的对称加密算法是rc4,而不是目前传感器网络中所使用的rc5。
由于对称加密算法的局限性,不能方便地进行数字签名和身份认证,给无线传感器网络安全机制的设计带来了极大的困难。因此的公钥算法是无线传感器网络安全亟待解决的问题。
2　链路层的攻击和防御
数据链路层或介质访问控制层为邻居节点提供可靠的通信通道,在mac协议中,节点通过监测邻居节点是否发送数据来确定自身是否能访问通信信道。这种载波监听方式特别容易遭到拒绝服务攻击也就是dos。在某些mac层协议中使用载波监听的方法来与相邻节点协调使用信道。当发生信道冲突时,节点使用二进制值指数倒退算法来确定重新发送数据的时机,攻击者只需要产生一个字节的冲突就可以破坏整个数据包的发送。因为只要部分数据的冲突就会导致接收者对数据包的校验和不匹配。导致接收者会发送数据冲突的应答控制信息ack使发送节点根据二进制指数倒退算法重新选择发送时机。这样经过反复冲突,使节点不断倒退,从而导致信道阻塞。恶意节点有计划地重复占用信道比长期阻塞信道要花更少的能量,而且相对于节点载波监听的开销,攻击者所消耗的能量非常的小,对于能量有限的节点,这种攻击能很快耗尽节点有限的能量。所以,载波冲突是一种有效的dos攻击方法。
虽然纠错码提供了消息容错的机制,但是纠错码只能处理信道偶然错误,而一个恶意节点可以破坏比纠错码所能恢复的错误更多的信息。纠错码本身也导致了额外的处理和通信开销。目前来看,这种利用载波冲突对dos的攻击还没有有效的防范方法。
解决的方法就是对mac的准入控制进行限速,网络自动忽略过多的请求,从而不必对于每个请求都应答,节省了通信的开销。但是采用时分多路算法的mac协议通常系统开销比较大,不利于传感器节点节省能量。
3　网络层的攻击和防御
通常,在无线传感器网络中,大量的传感器节点密集地分布在一个区域里,消息可能需要经过若干节点才能到达目的地,而且由于传感器网络的动态性,因此没有固定的基础结构,所以每个节点都需要具有路由的功能。由于每个节点都是潜在的路由节点,因此更易于受到攻击。无线传感器网络的主要攻击种类较多,简单介绍如下。
3. 1　虚假路由信息
通过欺骗,更改和重发路由信息,攻击者可以创建路由环,吸引或者拒绝网络信息流通量,延长或者缩短路由路径,形成虚假的错误消息,分割网络,增加端到端的时延。
3. 2　选择性的转发
3. 3　污水池( sinkhole)攻击
3. 4　sybil攻击
在这种攻击中,单个节点以多个身份出现在网络中的其他节点面前,使之具有更高概率被其他节点选作路由路径中的节点,然后和其他攻击方法结合使用,达到攻击的目的。它降低具有容错功能的路由方案的容错效果,并对地理路由协议产生重大威胁女巫。
3. 5　蠕虫洞(wormholes)攻击
攻击者通过低延时链路将某个网络分区中的消息发往网络的另一分区重放。常见的形式是两个恶意节点相互串通,合谋进行攻击。
3. 6　hello洪泛攻击
很多路由协议需要传感器节点定时地发送hello包,以声明自己是其他节点的邻居节点。而收到该hello报文的节点则会假定自身处于发送者正常无线传输范围内。而事实上,该节点离恶意节点距离较远,以普通的发射功率传输的数据包根本到不了目的地。网络层路由协议为整个无线传感器网络提供了关键的路由服务。如受到攻击后果非常严重。
无线传感器的发展趋势
在当今信息技术呈爆炸式发展的潮流中,无线传感器以其全新的数据获取与处理技术逐渐进入人们的视线,并且在很多领域得到了广泛的应用与普及。当今国内无线传感器的发展方向大多集中在对于传感器数据接收的网络节点处，并且对用于信息处理的硬件设备也有部分研究。而伴随研究的不断深入与科技创新的不断突破，无线传感器已经开始向着智能式与便携式方向发展，它作为协作技术的核心部分其前景不可限量。无线传感器的所有技术是过去单一传感器技术、无线电通信技术的完美融合，并且在融合的同时更在操作便捷性上做出了极大的突破。无线电传感器因为其特殊的节点式感应接收模式使得它在通信能力上就会显得十分有限，对一些大规模的数据也很难及时做到处理与响应，而对于这种十分有限的数据处理能力，要想让无线电传感器发挥出其大的作用，就要根据实际的处理区域情况做出一系列相应的调整对策。作为当今国际学术领域的研究热点，无线电传感器的出现让微电子技术与计算机网络技术完美融合在一起。并使得这一技术在军事科技、国防科技、城市规划、抢险赈灾、环境保护等方面都体现出了十分重要的价值，世界各国都已无法忽视这一重要的技术。
无线传感器的选用原则
虽然无线传感器的出现时间并不长，但是它依旧有很多的种类，且每个类别所履行的实际任务也不同，在遇到实际的问题时，要根据现场的实际测量目的、测量对象及测量环境来科学的选取合适的无线传感器来进行数据收集。而无线传感器的实际选择应该遵循以下几个重要原则：
灵敏度的选择。一般而言，对于无线电传感器来说设备的灵敏度当然是越高越好，但是在实际的使用中就会发现常常无线传感器的灵敏度会受到很多外界因素的不可抗逆性干扰，这就会使得整个数据测量的精确度受到干扰，此外，在方向性这一方面，传感器的灵敏度也不是越高越好，而是需要根据测量的对象来做进一步的选择，例如，如果选择的测量对象并非单向量，那么传感器的灵感度选择还是越小越好。
稳定性及精度选择。无论何种设备在使用过程中都会出现性能变化，所以对于无线传感器而言，其稳定性还是十分重要的指标。所以在实际的传感器选择时就需要优先考虑测量的环境，在对使用环境做出详尽调查之后合理安排传感器的类型。而当一些传感器超龄服役过后还是需要对传感器的性能进一步进行测评，而对于一些环境变量不太稳定的区域，就可以选择一些更为耐用的传感器来应对环境的改变。之所以如此注重传感器的稳定性，是因为无线传感器的稳定性和精度之间是存在着严密的关系，一旦传感器的稳定性出现偏差，那么对于传感器的精度将是致命的打击。在测量时，有时还需要根据测量目的不同来选择无线传感器的类型。一般的测量目的分为定量分析和定性分析两类，对于定性分析而言，有一个概念性的数据结果即可，所以就不必使用精度偏高的传感器；而定量分析需要精确地得出监测数据，此时就需要精度等级较高的传感器来满足对于测量要求。
频率响应。传感器的机械性能和结构不但可以影响其精确度与稳定性，还会对传感器的频率产生影响，只有传感器的频率响应得到十足的保证，传感器的测量范围也才能得到保证。
无线传感器的应用
无线传感器在交通系统中的应用。无线传感器在交通系统中的实际应用总体而言可以分别从信息采集和道路控制两个方面进行分析：首先，全新的无线传感技术已经结合了集微电子、通信技术等一系列信息化技术，这就使得无线传感器在交通系统中的应用变得更加多元化。对于我国这种发展中国家而言，在日渐完善的道路交通系统中，要想保证道路交通的能力，就要大限度的去完善交通信号及道路交通管理的能力。当无线传感器技术运用到道路交通中时，不但可以对道路实际的路况信息进行实时的采集分析，还可以在短时间内做出及时的响应。其次，通过传感器系统的建立，就会使得整个城市的运转能力得到极大的提升，当处在城市中或者较远区域的人们掌握到及时的道路交通信息，就会根据相应的路况做出科学的调整，这不但会对自身同时也会对他人带来极大的便利，交通顺畅了，整个城市的运输管理和服务水平也自然得到了质的飞跃。再次，采用先进的无线传感器技术还可以对车辆进行违章检测、道路收费和信息检索，同时对停车场收费也可以进行统一规范，当道路交通中的停车信息数据得到及时的规范处理，那对于一些人为性的交通事故也就可以得到避免。后，科学的运用无线传感器的相关技术还可以提高运输部门对于整个城市的综合服务水平，让这个城市的运作变得更加科学，便捷。
无线传感器在军事上的应用。在现代电子化的军事较量中，无线电传感器的作用更是不容小觑，现在较为成功的是在大型范围内进行检测的传感器网络与在小型区域检测的小型传感器网络。在面对一些较为复杂且人员无法到达的地形时，就可以通过释放传感器来做到对此区域的全面掌控。而在战斗单位上安装各类传感器，可以做到对敌方战斗人员的即时监控，来方便我方战队随时制定进攻方案与防御工事。无线传感器还可以检测出战斗阵地上的一切可疑物体，帮助我方人员及时做出排查，从而大限度的减少不必要的损失与伤亡。
无线传感器在家庭生活中的应用。无线传感器其实离我们的生活并不遥远，在很多的日常活动中传感器技术都与我们息息相关，例如传感器对于人们生活环境的及时检测，不但可以根据数据提供出一个更为舒适的生活环境，同时还可以及时的对一些灾害做出预警，保障每一个人的安全。
无线传感器在环境监测中的应用。因为若要将无线监测器用于外界环境当中，就要考虑到外界环境的不稳定性与随机性，这就要求所选取的无线传感器要具备价格低廉、部署简单、操作简便等优点，从而保证对于环境监测的可持续性。
无线传感器的发展趋势
向微型化发展。在当代为了适应纷繁多变的时代背景与发展环境，各类检测控制类设备的功能也越来越趋于完善化，但更小的体积意味着更大的可塑空间与发展未来，这就要求无线电检测设备也要向着这一方向不断的靠拢，从而保证自己的发展未来。
向低耗能及数字化发展。无线传感器虽然得到很大的欢迎，但是也不能忘记自身模拟信号单一与耗能较多的弊端，所以只有发展出更为的数字化信号，无线电传感器的受用面也才会更为广泛。因此，开发出低耗能及数字化的无线传感器必然是今后发展的重点方向。
磁致伸缩位移传感器的工作原理
磁致伸缩线性位移（液位）变送器（简称磁尺），是采用磁致伸缩原理制造的高精度、长行程位置测量的位移变送器。不但可以测量运动物体的直线位移，同时给出运动物体的位置和速度模拟信号或液位信号，根据输出信号的不同，分为模拟式和数字式两种。灵活的供电方式和极为方便的多种接线方法和多种输出形式可满足各种测量、控制、检测的要求；由于采用非接触测量方式，避免了部件互相接触而造成磨擦或磨损，因此很适合应用于环境恶劣、不需定期维护的系统工程或场合。不仅仅是传感器的性能优良，更重要的是工作寿命长、良好的环境适应性、可靠性、能有效和稳定的工作，与导电橡胶位移传感器、磁栅位移传感器、电阻式位移传感器等产品相比有明显的优势。而且安装、调试方便，再加上有极高的性能价格比；及时周到的售后服务，足可让用户更加放心地使用。其中，防爆（隔爆型）磁尺严格按照gb3836.1-83《爆炸性环境用防爆电器设备通用要求》，并取得国家防爆电气产品质检中心颁发的防爆合格证。隔爆标志：exdⅱbt5。
磁致伸缩线性位移传感器的工作原理
磁致伸缩线性位移（液位）变送器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环（浮球）组成。测杆内装有磁致伸缩线（波导丝）。工作时，由电子仓内的电子电路产生一起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场。当这个磁场与磁环（浮球）中的磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，产生扭动脉冲（或称“返回”脉冲）。这一扭动脉冲被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两脉冲起始和返回之间的时间差，即可精确测出被测的位置和位移。
三、主要技术性能指标
★ 量程范围（mm） 80 150 300 500 800 1000 1200 1500 2000 2200 2500 2800 3000 3500 4000 4500 5000(用户可定制)
★ 输出形式/工作电压（三线制）
位移信号：0?5vdc/+24vdc±10%
0?10vdc/+24vdc±10%
（-5?+5）vdc/±15vdc±10%
（-10?+10）vdc/±15vdc±10%
4?20madc/+24vdc±10%
速度信号：1v/25.4mm/s（大10vdc）
★ 负载能力 电压信号输出大负载2ma
电流信号输出大负载600ω
★ 非线性误差 ±0.05%fs；300mm以下大误差150 μm
★ 重复性误差 优于0.002%fs
★ 分辨率 优于0.002%fs
★ 迟滞 优于0.002%fs
★ 温度影响 优于0.007%/fs/℃
★ 储存温度 -40?+100℃
★ 工作温度 0?+70℃ -25?+80℃ -40?+85℃
★ 满量程调整范围 20%fs
★ 零点调整范围 20%fs
★ 纹波 低噪声环境小于2mvrms
伺服工作状态（80?1600mm）小于6mvrms
伺服工作状态（1600?300mm）小于10mvrms
★ 测杆材料 0cr18ni9（304）
316不锈钢（特殊定制）
★ 电子仓外壳材料 1cr18ni9ti
★ 引线方式 pvc屏蔽电缆线（默认长度：2.8m，也可根据用户要求提供）
航空插头（不适用于隔爆产品）
接线端子
★ 隔爆防爆标志 exdⅱbt5
★ 外壳防护等级 ip65
无线传感器网络的节点定位机制
关于无线传感器网络的定位问题分为两类，一类是无线传感器网络对自身传感器节点的定位，另一类是无线传感器网络对外部目标的定位。本文主要讨论前者。
节点准确地进行自身定位是无线传感器网络应用的重要条件。由于节点工作区域或者是人类不适合进入的区域，或者是敌对区域，传感器节点有时甚至需要通过*行器抛撒于工作区域，因此节点的位置都是随机并且未知的。然而在许多应用中，节点所采集到的数据必须结合其在测量坐标系内的位置信息才有意义，否则，如果不知道数据所对应的地理位置，数据就失去意义。除此之外，无线传感器网络节点自身的定位还可以在外部目标的定位和追踪以及提高路由效率等方面发挥作用。因此，实现节点的自身定位对无线传感器网络有重要的意义。
获得节点位置的一个直接想法是利用全球定位系统(gps)来实现。但是，在无线传感器网络中使用gps来获得所有节点的位置受到价格、体积、功耗以及可扩展性等因素限制，存在着一些困难。因此目前主要的研究工作是利用传感器网络中少量已知位置的节点来获得其他未知位置节点的位置信息。已知位置的节点称作锚节点，它们可能是被预先放置好的，或者采用gps或其他方法得知自己的位置。未知位置的节点称作未知节点，它们需要被定位。锚节点根据自身位置建立本地坐标系，未知节点根据锚节点计算出自己在本地坐标系里的相对位置。
根据具体的定位机制，可以将现有的无线传感器网络自身定位方法分为两类：基于测距的(range-based)方法和不基于测距的(range-free)方法[6]。基于测距的定位机制需要测量未知节点与锚节点之间的距离或者角度信息，然后使用三边测量法、三角测量法或大似然估计法计算未知节点的位置。而不基于测距的定位机制无需距离或角度信息，或者不用直接测量这些信息，仅根据网络的连通性等信息实现节点的定位。

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qq: 757951351