无线传感器网络的路由协议具体有哪些特点

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（1）能量优先

传统路由协议在选择最优路径时，很少考虑节点的能量消耗问题。而无线传感器网络e68a84e799bee5baa6e79fa5e9819331333332616362中节点的能量有限，延长整个网络的生存期成为传感器网络路由协议设计的重要目标，因此需要考虑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

无线传感器网络为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源，使得节点不能存储大量的路由信息，不能进行太复杂的路由计算。在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下，如何实现简单高效的路由机制是无线传感器网络的一个基本问题。

（3）以数据为中心

传统的路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据，而无线传感器网络中大量节点随机部署，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，不依赖于全网唯一的标识。传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流，按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等，以数据为中心形成消息的转发路径。

（4）应用相关

传感器网络的应用环境千差万别，数据通信模式不同，没有一个路由机制适合所有的应用，这是传感器网络应用相关性的一个体现。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。

针对传感器网络路由机制的上述特点，在根据具体应用设计路由机制时，传感器网络需满足一定的路由机制。

4G移动通讯技术 是什么？和3G有区别吗？

男，出生于1958年2月，学士，副教授。

主要研究内容包括：多变量解耦控制技术、优化控制技术、自适应控制技术、软测量与推理控制、系统建模与仿真等。

工程应用包括：PLC、DCS、FCS工程应用；批量控制技术的应用。

主要从事先进控制技术的研究及其工业应用、FCS诊断技术的研究。 男，出生于1962年3月，硕士，副教授。

现为武汉工程大学电气信息学院教师。1988年在石油学报发表的“有杆抽油井井下功图的一种快速计算方法”一文提出的以快速傅立叶变换和矩阵运算为基础的油井功图快速算法已广泛用于全国各油田抽油井工况诊断，被称为陈氏算法。先后主持过中国石油天然气总公司项目、江汉石油管理局等科研项目20余项。作为主要完成人，先后获中国石油天然气总公司科技进步一等奖3项，二等奖1项，三等奖2项，软件铜牌奖1项；国家级新产品2项；获局级科技进步一等奖1项，二等奖1项，三等奖2项；还被授予江汉石油管理局首批“中青年科技明星”，首批“有突出贡献科技专家”等多个荣誉称号。在国内核心刊物上发表论文10余篇；获发明专利1项。

主要从事嵌入式系统与现场总线技术、油气井智能井系统研究、智能完井技术等方面的研究工作。 男，出生于1958年9月，硕士，副教授。

现为武汉工程大学电信学院教师。在西南化工研究院工作期间负责“变压吸附制氢装置”的自动化设计，该项目获1985年国家科技进步一等奖。先后负责“CHP-101生产过程计算机控制系统开发”等4个科研项目，合同总额87万，已进60万。先后发表科研论文20余篇。其中EI、ISTP收录4篇（第一作者3篇）。先后指导硕士研究生7名。

主要从事高等过程控制，系统建模等方面的研究工作。

冯先成，男，出生于1968年6月，硕士，副教授。

先后主持、参加国家九五重点科技攻关计划、省教育厅重点科研项目、企业重点科研项目等科研项目6项。在国内外核心刊物上发表论文16余篇，其中7篇被EI收录；主编、参编教材二部；

主要从事嵌入式系统、网络管理、宽带接入网技术等方面的研究工作。 男，出生于1971年12月，硕士，副教授，

中国电子学会高级会员。主要从事信号与图像处理、模式识别及多媒体通信等方面的教学与科研工作。现主持湖北省教育厅重点科技项目“基于形态学和视觉仿生技术的图像信息处理研究” ；参加完成了国家自然科学基金“海底地形三维感知与三维重建研究”、激光水下三维成像新方法研究” ；国家“863”计划项目“水下热液喷口目标识别技术”及国防科技（电子类）预研基金项目“基于形态学的三维图象信息处理研究”和国防科技（电子类）95重点项目“激光水下成像关键技术研究”等在内的多项国家、省部委的科研课题。在国内外重要学术刊物上发表学术论文20余篇，主编教材《数字信号处理》和《数字信号处理实践教程》两部。 男，出生于1965年6月，硕士，教授。

武汉工程大学十大杰出青年。先后主持多项湖北省自然科学基金、晨光计划等项目的研究。主持湖北省自然科学基金等科研项目多项。在国内外核心刊物上发表论文40余篇，出版专著1部，先后指导10余名硕士研究生，其中一名研究生的毕业论文被评为湖北省优秀硕士论文。2004年获湖北省学位与研究生教育管理工作先进个人，2005年教研项目《工科院校教学质量监控体系的研究与实践》获省级二等奖。研究兴趣主要集中在人工智能控制和鲁棒控制领域。 男，出生于1963年01月，博士，教授。

现为武汉工程大学电气信息学院教授，现代自动化技术教学团队负责人。带领自己的科研团队，曾主持或参与国家自然基金等科研项目70余项，科研经费年均超过24万元。在国内外核心刊物上发表论文50余篇。先后指导硕士研究生10名，已毕业4名。

拥有较好的教学科研平台。主要从事机电一体化技术，控制技术等方面的研究工作，涉及汽车、船舶和实验测试设备等行业。 男，工学硕士, 教授，1965年10月出生。

现为武汉工程大学电气信息学院教师。1986年7月毕业于华中工学院自动控制和计算机系电子技术专业。1986-1994年在武汉电子科学技术研究院从事技术开发工作，研制成功了SJT-UV-1全频段解调器系列产品。1995年至今，在武汉工程大学电气信息学院从事实验教学、课堂教学及科学研究等工作。1998年9月-2001年6月，在武汉理工大学攻读控制理论与控制工程专业硕士学位研究生。2006年3月赴日本立命馆大学理工学院做访问学者。对三维位置控制系统软硬件进行了深入的研究，开发了激光振镜雕刻机,并对基于串口运动控制器作了比较深刻的研究，在国内外行业核心期刊公开发表了学术论文三十余篇。研究方向：计算机控制、激光加工及伺服系统。 男，出生于1974年2月，博士。

先后参与多项国家自然科学基金项目的研究工作，承担省自然科学基金项目、省教育厅项目以及武汉工程大学青年科学基金项目各一项。在国内外核心刊物上发表论文15篇，先后指导四名硕士研究生，其中一名研究生的毕业论文被评为湖北省优秀硕士论文。

主要从事无线多跳网络、MESH网络以及智能网络方面的研究。 男，出生于1966年2月，硕士，副教授。

主要从事自动控制理论应用、液压伺服控制等方面的研究工作。作为负责人曾主持完成8项横项研究项目，科研进帐200多万，作为重要参研者参与完成3项省级科研课题；发表科研论文20余篇，其中有多篇被EI收录；主编出版教材3部，其中《微机控制技术》列入普通高等教育“十五”国家级规划教材。2005年以来先后指导硕士研究生3名。 男，出生于1966年5月，博士，副教授。

先后参与了国家自然基金等科研项目4项。2002年获 “湖北省科技进步”三等奖，2006年被评为“华中科技大学优秀毕业研究生”，2007年获“湖北省优秀博士论文”奖。已发表学术论文20余篇，其中SCI收录15篇，EI收录17篇。

主要从事硅基集成铁电学器件的设计与集成、集成电路设计与信息系统集成等方面的研究工作。

邹连英，女，出生于1977年5月，博士。

先后主持参与企业以太网控制器、音频功率放大器等多项横向科研项目。在国内外核心刊物上发表论文10余篇；主要从事超大规模数字集成电路设计、SOC系统设计、嵌入式系统设计等方面的研究工作。 女，出生于1966.10月，硕士，教授。

现为武汉工程大学电气信息学院教师，先后主持湖北省重点科技项目、湖北省教育厅、企业、事业单位项目20多项。先后获中国石油化工自动化科学技术三等奖、武汉市科技厅科技进步三等奖、武汉工程大学教学研究一等奖等多项奖项。在国内外核心刊物上发表本人为第一作者、武汉工程大学为第一单位的研究论文50多篇，先后指导研究生6名。

研究方向：智能仪器及测控系统。 女，出生于1962年5月，副教授。

先后于1983和1991年毕业于华中科技大学电机专业获学士和硕士学位，攻读华中科技大学电气工程学科的博士学位。先后主持和参加湖北省科技攻关计划项目、湖北省教育厅重点科研项目，以及横向科研项目近20项。发表科研论文30多篇；作为副主编参与编写《运动控制系统》本科教材一部。先后指导硕士研究生11名。

主要从事铂电阻非线性校正方法、高精度智能温度测控系统和电力电子应用技术方面的研究工作。 男，出生于1953年5月，副教授。

现为武汉工程大学电子信息工程教研室主任。先后主持和参加湖北省教学研究项目、武汉市科技攻关项目、企业委托重大项目等10余项，科研经费近300万元。作为主要完成人，二个项目通过省级鉴定，一个项目（产品）获国家计量局颁发的计量生产许可证，先后获湖北省一轻工业系统科技进步二等奖一项，武汉市科技进步三等奖一项，深圳市科技进步二等奖一项，江汉石油管理局科技成果三等奖一项。在国内外科技刊物上发表论文20余篇；主编和副主编教材各一部。先后指导硕士研究生11名。

主要从事嵌入式系统，智能仪器，RFID技术与应用，计算机过程控制等方面的研究工作。 男，出生于1966年1月，硕士，副教授。

现为武汉工程大学电气信息学院教师。先后参加国家自然基金等科研项目5项，作为主要完成人，先后获高等教育国家级教学成果奖二等奖和湖北省高等学校教学成果奖一等奖各1项，还被授予湖北省高等学校实验室工作先进个人、全国大学生电子设计竞赛优秀赛前辅导教师等多个荣誉称号。在国内外核心刊物上发表论文20余篇，参与翻译专著2部，出版教材2部（副主编）。主要从事扩频通信与短波通信网、无线传感网络应用、EDA与智能仪表等方面的教学与研究工作。 教授

1999.2—2001.5在华中科技大学控制科学与工程博士后流动站从事博士后研究工作。现工作于武汉工业学院电气电子信息工程系。主要从事电工理论新技术；智能电器；信息获取与处理领域的研究。承担和作为主要课题完成人完成了“九·五” “十·五”国防项目各1项，863专项子课题研究1项，参与国家自然科学基金研究两项，现主持省部级以上项目3项，主持横项项目多项，撰写教材一部，发明专利二项。以第一作者在国内外重要期刊以及IEEE国际会上发表学术论文二十余篇，其中EI收录十多篇。

无线传感器网络面临的挑战有哪些

一　4G简述

在移动通信领域，每10年就发生一次革命性变化。80年代的第一代模拟移动通信系统和90年代的第二代蜂窝移动通信系统主要用于话音业务和支持电路交换类型的业务，这两代系统的空中接口速率只有几百kbit/s。将在21世纪初投入使用的3G系统IMT-2000在室内环境下能提供2Mbit/s的速率，在车载情况下速率至少为144kbit/s。移动通信已成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。当今移动通信系统正向高数据率、高度移动性和大范围覆盖方向发展。

尽管3G系统标准比现有无线技术更强大，但也将面临竞争和标准不兼容等问题。人们呼吁移动通信标准的统一，期望通过第四代移动通信标准的制定来解决兼容问题。

国际电信联盟（ITU）目前已开始研究制定4G系统标准，把移动通信系统同其他系统（如无限局域网，WLAN）结合起来，产生4G技术，2010年前使数据传输速率达到100Mbit/s。提供更有效的多种业务，实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信等的无缝衔接并相互兼容。4G应具有更高的数据率和频谱利用率，更高的安全性、智能性和灵活性，更高的传输质量和服质量（QoS）。4G系统应体现移动与无线接入网及IP网络不断融合的发展趋势。因此4G 系统应当是一个全IP的网络。二　4G的技术特点

4G是多功能集成宽带移动通信系统，比3G更接近于个人通信。其特点主要有：

（1）高速率。4G的信息传输速率要比3G高一个等级，从2Mbit/s提高到10Mbit/s。

（2）灵活性强。4G拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。有很强的智能性、适应性和灵活性。

（3）兼容性好。目前ITU承认的、已有相当规模的移动通信标准有GSM、CDMA和TDMA三大分支，可通过4G标准的制定来解决兼容问题。

（4）用户共存性。4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通从而满足多类型用户的需求。

（5）业务多样性。未来通信中所需的是多媒体通信：个人通信、信息系统、广播和娱乐等将结合成一个整体。4G能提供各种标准的通信业务，满足宽带和综合多种业务需求。

（6）技术基础较好。4G将以几项突破性技术为基础，如OFDM、无线接入、软件无线电等，能大幅提高频率使用效率和系统可实现性。

（7）随时随地的移动接入。4G利用无线接入技术，提供话音、高速信息业务、广播及娱乐等多媒体业务接入方式，用户可随时随地接入系统。

（8）自治的网络结构。4G网络将是一个完全自治、自适应的网络。可自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。

三　4G网络结构

4G系统针对各种不同业务的接入系统，通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，使发展和提供新的服务变得更容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带，这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端，跨越多个运营商和服务商，提供更大范围服务。

4G网络有如下特征：

（1）支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构；

（2）与Internet集成统一，移动通信网仅仅作为一个无线接入网；

（3）具有开放、灵活的结构，易于扩展；

（4）是一个可重构的、自组织的、自适应网络；

（5）智能化的环境，个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求；

（6）用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统无缝切换，传送高速多媒体业务数据；

（7）支持接入技术和网络技术各自独立发展。四　4G通信系统的关键技术

4.1　OFDM调制技术

未来无线多媒体业务既要求数据传输速率高，又要保证传输质量，这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率，又要有较长的码元周期，OFDM 技术正满足这一需求。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输，这样尽管总的信道是非平坦的，但每个子信道是相对平坦的。且在各子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道带宽，大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落和窄带干扰，从而减小各子载波间的相互干扰，提高频谱利用率。

4.2　软件无线电

软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。通过不同软件程序，在硬件平台上实现在不同系统中利用单一终端漫游。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH）、现场可编程器件（FPGA）、数字信号处理（DSP）等。

4.3　智能天线（SA）

智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发，同时，通过基带数字信号处理器，对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。

目前，智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量，计算量大，信道模型简单，收敛速度较慢，在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点，实际信道条件下，当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实时跟踪。在基于预多波束的切换波束工作方式下，全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠，接收时的主要任务是挑选一个作为工作模式，与自适应方式相比它显然更容易实现，是未来智能天线技术发展的方向。

4.4　MIMO技术

多输入多输出技术（MIM0）是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个子信道发射信号，使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益，已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率，且其空间分集可显著改善无线信道的性能，提高无线系统的容量及覆盖范围。五　4G的发展趋势

从4G的发展前景看，除0FDM和智能天线等核心技术外还包含一些相关技术。

（1）交互干扰抑制和多用户识别：待开发的交互干扰抑制和多用户识别技术应成为4G的组成部分。它们以交互干扰抑制的方式引入到基站和移动电话系统，消除不必要的邻近和共信道用户的交互干扰，确保接收高质量信号。这种组合将满足更大用户容量和覆盖范围，大大减少网络基础设施的部署，确保服务质量。

（2）可重构性自愈网络：4G无线网络中将采用智能处理器，可处理节点故障或基站超载。网络各部分采用基于知识解答装置，可纠正网络故障。

（3）微微无线电接收器：未来4G 中要研究的另一重点，它是嵌入式无线电。采用此技术，功耗是采用现有技术的l/10～1/100。

（4）无线接入网（RAN）：4G系统高速度、大容量，低比特成本。4G系统RAN的发展趋势是电路交换向基于IP分组交换发展，设备分集向网络分集发展。这种基于IP技术的网络架构使得在3G、4G、W-LAN、固定网之间漫游得以实现，并支持下一代因特网。结束语

4G是人类有史以来最复杂的技术系统。要顺利全面地实施4G通信，还将遇到一些困难，其发展将面临极大的市场压力。目前世界发达国家正积极进行4G技术规格的研究制定，研究包括网络结构、用户切换和漫游等移动环境下的系统实施方案，从而实现用户的大范围移动。

无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革，无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

信息安全

很显然，现有的传感节点具有很大的安全漏洞，攻击者通过此漏洞，可方便地获取传感节点中的机密信息、修改传感节点中的程序代码，如使得传感节点具有多个身份ID，从而以多个身份在传感器网络中进行通信，另外，攻击还可以通过获取存储在传感节点中的密钥、代码等信息进行，从而伪造或伪装成合法节点加入到传感网络中。一旦控制了传感器网络中的一部分节点后，攻击者就可以发动很多种攻击，如监听传感器网络中传输的信息，向传感器网络中发布假的路由信息或传送假的传感信息、进行拒绝服务攻击等。

对策：由于传感节点容易被物理操纵是传感器网络不可回避的安全问题，必须通过其它的技术方案来提高传感器网络的安全性能。如在通信前进行节点与节点的身份认证;设计新的密钥协商方案，使得即使有一小部分节点被操纵后，攻击者也不能或很难从获取的节点信息推导出其它节点的密钥信息等。另外，还可以通过对传感节点软件的合法性进行认证等措施来提高节点本身的安全性能。

根据无线传播和网络部署特点，攻击者很容易通过节点间的传输而获得敏感或者私有的信息，如：在使用WSN监控室内温度和灯光的场景中，部署在室外的无线接收器可以获取室内传感器发送过来的温度和灯光信息;同样攻击者通过监听室内和室外节点间信息的传输，也可以获知室内信息，从而非法获取出房屋主人的生活习惯等私密信息。[6]

对策：对传输信息加密可以解决窃听问题，但需要一个灵活、强健的密钥交换和管理方案，密钥管理方案必须容易部署而且适合传感节点资源有限的特点，另外，密钥管理方案还必须保证当部分节点被操纵后（这样，攻击者就可以获取存储在这个节点中的生成会话密钥的信息），不会破坏整个网络的安全性。由于传感节点的内存资源有限，使得在传感器网络中实现大多数节点间端到端安全不切实际。然而在传感器网络中可以实现跳-跳之间的信息的加密，这样传感节点只要与邻居节点共享密钥就可以了。在这种情况下，即使攻击者捕获了一个通信节点，也只是影响相邻节点间的安全。但当攻击者通过操纵节点发送虚假路由消息，就会影响整个网络的路由拓扑。解决这种问题的办法是具有鲁棒性的路由协议，另外一种方法是多路径路由，通过多个路径传输部分信息，并在目的地进行重组。

传感器网络是用于收集信息作为主要目的的，攻击者可以通过窃听、加入伪造的非法节点等方式获取这些敏感信息，如果攻击者知道怎样从多路信息中获取有限信息的相关算法，那么攻击者就可以通过大量获取的信息导出有效信息。一般传感器中的私有性问题，并不是通过传感器网络去获取不大可能收集到的信息，而是攻击者通过远程监听WSN，从而获得大量的信息，并根据特定算法分析出其中的私有性问题。因此攻击者并不需要物理接触传感节点，是一种低风险、匿名的获得私有信息方式。远程监听还可以使单个攻击者同时获取多个节点的传输的信息。

对策：保证网络中的传感信息只有可信实体才可以访问是保证私有性问题的最好方法，这可通过数据加密和访问控制来实现;另外一种方法是限制网络所发送信息的粒度，因为信息越详细，越有可能泄露私有性，比如，一个簇节点可以通过对从相邻节点接收到的大量信息进行汇集处理，并只传送处理结果，从而达到数据匿名化。

拒绝服务攻击（DoS）

专门的拓扑维护技术研究还比较少，但相关研究结果表明优化的拓扑维护能有效地节省能量并延长网络生命周期，同时保持网络的基本属性覆盖或连通。本节中，根据拓扑维护决策器所选维护策略

在无线传感器网络的研究中，能效问题一直是热点问题。当前的处理器以及无线传输装置依然存在向微型化发展的空间，但在无线网络中需要数量更多的传感器，种类也要求多样化，将它们进行链接，这样会导致耗电量的加大。如何提高网络性能，延长其使用寿命，将不准确性误差控制在最小将是下一步研究的问题。

采集与管理数据

在今后，无线传感器网络接收的数据量将会越来越大，但是当前的使用模式对于数量庞大的数据的管理和使用能力有限。如何进一步加快其时空数据处理和管理的能力，开发出新的模式将是非常有必要的。

无线通讯的标准问题

标准的不统一会给无线传感器网络的发展带来障碍，在接下来的发展中，要开发出无线通讯标准。

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