很多人都認為,這項技術的重要性可與因特網相媲美:正如因特網使得計算機能夠訪問各種數字信息而可以不管其保存在什么地方,傳感器網絡將能擴展人們與現實世界進行遠程交互的能力。它甚至被人稱為一種全新類型的計算機系統,這就是因為它區別于過去硬件的可到處散布的特點以及集體分析能力。然而從很多方面來說,現在的無線傳感器網絡就如同遠在 1970 年的因特網,那時因特網僅僅連接了不到 200所大學和軍事實驗室,并且研究者還在試驗各種通訊協議和尋址方案。而現在,大多數傳感器網絡只連接了不到 100個節點,更多的節點以及通訊線路會使其變得十分復雜難纏而無法正常工作。另外一個原因是單個傳感器節點的價格目前還并不低廉,而且電池壽命在最好的情況下也只能維持幾個月。不過這些問題并不是不可逾越的,一些無線傳感器網絡的產品已經上市,并且具備引人入勝的功能的新產品也會在幾年之內出現。
無線傳感器網絡所具有的眾多類型的傳感器,可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環境中多種多樣的現象。基于MEMS的微傳感技術和無線聯網技術為無線傳感器網絡賦予了廣闊的應用前景。這些潛在的應用領域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災、環境、醫療、保健、家居、工業、商業等領域。
無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取平臺,能夠實時監測和采集網絡分布區域內的各種檢測對象的信息,并將這些信息發送到網關節點,以實現復雜的指定范圍內目標檢測與跟蹤,具有快速展開、抗毀性強等特點,有著廣闊的應用前景。
美國商業周刊和MIT技術評論在預測未來技術發展的報告中,分別將無線傳感器網絡列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。傳感器網絡、塑料電子學和仿生人體器官又被稱為全球未來的三大高科技產業。
網絡協議
無線傳感器網絡多采用五層協議標準:應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。 @數據鏈路層 數據鏈路層是被研究最多的一層,多媒體研究接入控制,原因在于無線傳感器攜帶能量的局限性。攜帶能量的有限使得功率控制在各個環節都顯得尤為重要,媒體訪問控制的研究旨在降低節點訪問媒體時的功耗。
安全需求
在設計傳感器網絡時,要充分考慮通信和信息安全,結合傳感器網絡的特點,滿足其獨特的安全需求。
(1) 數據機密性 數據機密性是重要的網絡安全需求,要求所有敏感信息在存儲和傳輸過程中都要保證其機密性,不得向任何非授權用戶泄露信息的內容。
(2) 數據完整性 有了機密性保證,攻擊者可能無法獲取信息的真實內容,但接收者并不能保證其收到的數據是正確的,因為惡意的中間節點可以截獲、篡改和干擾信息的傳輸過程。通過數據完整性鑒別,可以確保數據傳輸過程中沒有任何改變。
(3) 數據新鮮性 數據新鮮性問題是強調每次接收的數據都是發送方最新發送的數據,以此杜絕接收重復的信息。保證數據新鮮性的主要目的是防止重放(Replay)攻擊。
(4) 可用性 可用性要求傳感器網絡能夠隨時按預先設定的工作方式向系統的合法用戶提供信息訪問服務,但攻擊者可以通過偽造和信號干擾等方式使傳感器網絡處于部分或全部癱瘓狀態,破壞系統的可用性,如拒絕服務(Denial of Service)攻擊。
(5) 魯棒性 無線傳感器網絡具有很強的動態性和不確定性,包括網絡拓撲的變化、節點的消失或加入、面臨各種威脅等,因此,無線傳感器網絡對各種安全攻擊應具有較強的適應性,即使某次攻擊行為得逞,該性能也能保障其影響最小化。
(6) 訪問控制 訪問控制要求能夠對訪問無線傳感器網絡的用戶身份進行確認,確保其合法性
主要用途
雖然無線傳感器網絡的大規模商業應用,由于技術等方面的制約還有待時日,但是最近幾年,隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小,已經為數不少的無線傳感器網絡開始投入使用。目前無線傳感器網絡的應用主要集中在以下領域:
1. 環境的監測和保護
隨著人們對于環境問題的關注程度越來越高,需要采集的環境數據也越來越多,無線傳感器網絡的出現為隨機性的研究數據獲取提供了便利,并且還可以避免傳統數據收集方式給環境帶來的侵入式破壞。比如,英特爾研究實驗室研究人員曾經將32個小型傳感器連進互聯網,以讀出緬因州"大鴨島"上的氣候,用來評價一種海燕巢的條件。無線傳感器網絡還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移,研究環境變化對農作物的影響,監測海洋、大氣和土壤的成分等。此外,它也可以應用在精細農業中,來監測農作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。
2 醫療護理
無線傳感器網絡在醫療研究、護理領域也可以大展身手。羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創建了一個智能醫療房間,使用微塵來測量居住者的重要征兆(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網絡的家庭護理技術。該技術是做為探討應對老齡化社會的技術項目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一個環節開發的。該系統通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器,幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯網可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。英特爾主管預防性健康保險研究的董事Eric Dishman稱,"在開發家庭用護理技術方面,無線傳感器網絡是非常有前途的領域"。
3 軍事領域
由于無線傳感器網絡具有密集型、隨機分布的特點,使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中,使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中,包括偵察敵情、監控兵力、裝備和物資,判斷生物化學攻擊等多方面用途。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元,幫助大學進行"智能塵埃"傳感器技術的研發。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預測:智能塵埃式傳感器及有關的技術銷售將從2004年的1000萬美元增加到2010年的幾十億美元。
4 其他用途
無線傳感器網絡還被應用于其他一些領域。比如一些危險的工業環境如井礦、核電廠等,工作人員可以通過它來實施安全監測。也可以用在交通領域作為車輛監控的有力工具。此外和還可以在工業自動化生產線等諸多領域,英特爾正在對工廠中的一個無線網絡進行測試,該網絡由40臺機器上的210個傳感器組成,這樣組成的監控系統將可以大大改善工廠的運作條件。它可以大幅降低檢查設備的成本,同時由于可以提前發現問題,因此將能夠縮短停機時間,提高效率,并延長設備的使用時間。盡管無線傳感器技術目前仍處于初步應用階段,但已經展示出了非凡的應用價值,相信隨著相關技術的發展和推進,一定會得到更大的應用。 |