教学科研｜无线传感器网络关键技术的研究与应用

无线传感器网络日益成为学术界关注的重点。为了让信息学院的同学们深入地了解无线传感器网络，青岛恒星科技学院信息学院于4月19日下午16:00，特邀青岛科技大学信息科学技术学院副教授、物联网工程专业副主任郭瑛教授利用线上的形式为我院师生带来“无线传感器网络关键技术的研究与应用”专题讲座。信息学院全体教师及网络工程专业学生通过辅导员老师的前期组织，分三个会场参加了此次学习。

郭瑛,毕业于中国海洋大学信息科学与工程学院,美国亚利桑那州立大学访问学者,目前为青岛科技大学信息科学技术学院副教授，物联网工程专业副主任。主持并参与国家973.863计划项目,国家自然项目,国家数字海洋908课题,山东省自然科学基金项目,晋岛市科技发展计划等多项课题的研究工作。在IEEE TVT, RTSS等国内外知名学术会议以及期刊发表学术论文50余篇,SCI/EI收录30余篇,申请发明专利10余项。

无线传感器网络(WIRELESS SENSOR NETWORKS,WSN)是一种分布式网络,是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统,是物联网的关键支撑技术.其广泛应用于环境监测、结构监测、医疗保健、智能交通、作战环境侦查、战场监测与指挥、海洋监测等领域。针对无线传感器网络技术的发展历史,硬件结构,组网方式;结合应用实例展开详细介绍,并展望其广闳的应用前景。

此次讲座使同学们了解了无线传感器网络的意义和今后的发展方向，充分理解到了计算机的广泛应用，感谢郭教授的授课，感谢学院领导提供的宝贵学习机会，感谢辅导员老师们为同学们营造的良好学习氛围，同学们在此后的学习中受用加倍。讲座最后，郭教授做出总结，希望同学们努力学习多元化的吸纳知识，在完成本有的课程情况下，去拓展，去了解，丰富大学生活。

物联网：无线传感器网络的关键技术

无线传感器网络技术问题包括数据处理、通信和传感器管理，由于环境的不稳定、不确定和带宽限制，给无线传感器网络带来了挑战。

1、网络拓扑控制

无线传感器网络是自组的，拓扑具有非常重要的意义，一个好的网络拓扑控制管理对提高协议效率很有帮助，还能延长网络寿命。

目前传感器网络拓扑的研究方向是在满足网络覆盖和连通时通过选择路由路径，生成高效转发数据的拓扑结构。拓扑控制分为两种——节点功率控制和层次型拓扑控制。功率控制在满足网络连通时减少节点发射功率。层次型拓扑控制用分簇机制，节点作为簇头，每个节点数据都通过簇头转发。

2、网络协议

因为传感器节点的能量有限，每个节点只能获得局部信息，节点上的协议要尽可能简单。拓扑结构的变化对网络协议提出高要求，研究的重点集中在网络层和数据链路层上。

网络层路由协议决定信息的传输，好的协议细致到每个节点的能耗，还能关心整个网络的能耗，能延长网络生存期。目前已经有很多较好的路由机制。

数据链路层用MAC协议控制传感器节点的通信和工作，确保数据能发送和接收。设计MAC协议先要考虑节能和可扩，公平和带宽利用是其次的。 MAC层能量消耗发生在空闲侦听和接收无用数据方面。为了减少能耗，MAC协议通常采用交替侦听，根据需求进行侦听和睡眠。MAC协议研究也在研究如何减少这些情况，从而做到降低能耗延长寿命。

3、网络安全机制

与无线网一样，安全问题是要考虑的重点问题。传感器网络存在窃听、恶意路由等问题，特别是在安防网络、军事监视等部署无线传感器网的安全问题上。安全问题可以总结为：非法截获、节点遭破坏、识别伪节点、向已有网络添加合法节点等方面。

无线传感器网络面临的安全问题在各协议层都要考虑，每层研究重点不同，为保证数据和任务的安全，无线传感器网络要实现基本的安全机制，主要从两个方面考虑：

一方面从维护路由安全出发，寻找安全路由来保证网络安全。如果路由协议被破坏导致消息被篡改对应用层数据没有安全性。一种叫有安全意识的路由被提出，基本思想是找出真实值和节点的关系，然后利用真实值来生成安全路由。

另一方面是安全协议方面，假定传感器网络为政要提供安全保护，提供安全方案为解决安全问题带来普适模型。在具体实现上，假定基站正常工作并且是安全的，满足必要计算速度、容量，基站功率满足加密和路由要求，通信模式点到点，通过端到端的加密保证数据传输的安全。

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