【導讀】探討物聯(lián)網(wǎng)所涉及的主要組網(wǎng)和互聯(lián)關鍵技術。3月10日-4月10日搜集、學習、消化、研究物聯(lián)網(wǎng)相關資料，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。就物聯(lián)網(wǎng)的定義，一個是要把物聯(lián)上，另外。涉及到WSN的網(wǎng)絡的體系結構，網(wǎng)絡特。TCP/IP協(xié)議的傳感器網(wǎng)絡、重疊方式、基于IPv6的傳感器網(wǎng)絡幾種方式。動網(wǎng)的互聯(lián)目前沒有相關技術，應用網(wǎng)關設備進行互聯(lián)。目前，美國、歐盟、中國等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。在開展研究，以形成支持新一代信息技術發(fā)展的政策措施。上海移動目前已將超過10. 在上海世博會期間，“車務通”將全面運用于上海公共交通系統(tǒng)，關節(jié)點，以實現(xiàn)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，研究傳感器組網(wǎng)、節(jié)點間信息交互、網(wǎng)絡安全與可靠性、物聯(lián)網(wǎng)與基。行，工作方案比較合理，同意開題。始的第1周周五之前獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。

　　

【正文】 ，那這個網(wǎng)絡就沒有意義。因此，建立一個全國性的，龐大的，綜合的業(yè)務管理平臺，把各種傳感信息進行收集，進行分門別類的管理，進行有指向性的傳輸，這就是一個大問題。一個小企業(yè)甚至都可以開發(fā)出傳感技術，開發(fā)出傳感應用。但是一個小企業(yè)沒有辦法建立起一個全國性高效率的網(wǎng)絡。沒有這個平臺，各自為政的結果一定是效率低，成本高，很難發(fā)展起來，也很難起到效果。 這個平臺，電信運營商最有力量與可能來建設，也可能這個過程中，會有新的管理平臺建設與提供者出現(xiàn)。我也相信，這個平臺的建設者會在未 來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，取得較好的市場地位，甚至是最大的受益者。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 15 物聯(lián)網(wǎng)目前的傳感技術主要是 RFID，植入這個芯片的產(chǎn)品，是有可能被任何人進行感知的，它對于產(chǎn)品的主人而言，有這樣的一個體系，可以方便的進行管理。但是，它也存在著一個巨大的問題，其他人也能進行感知，比如產(chǎn)品的競爭對手，那么如何做到在感知、傳輸、應用過程中，這些有價值的信息可以為我所用，卻不被別人所用，尤其不被競爭對手所用。這就需要在安全上下功夫，形成一套強大的安全體系。現(xiàn)在應該說，會有哪些安全問題出現(xiàn)，如何應對這些安全問題， 怎么進行屏蔽都是一些非常復雜的問題，甚至是不清晰的。但是這些問題一定值得注意，尤其是這個管理平臺的提供者。安全問題解決不好，有一天可能有價值的物聯(lián)網(wǎng)會成為給競爭對手提供信息方便的平臺，那么它的價值就會大大的打折扣，也不會有企業(yè)愿意和敢于去使用。 物聯(lián)網(wǎng)的價值不是一個可傳感的網(wǎng)絡，而是必須各個行業(yè)參與進來進行應用，不同行業(yè)，會有不同的應用，也會有各自不同的要求，這些必須根據(jù)行業(yè)的特點，進行深入的研究和有價值的開發(fā)。這些應用開發(fā)不能依靠運營商，也不能僅僅依靠所謂物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，因為運營商和技術企業(yè)都 無法理解行業(yè)的要求和這個行業(yè)具體的特點。很大程度上，這是非常難的一步，也是需要時間來等待。需要一個物聯(lián)網(wǎng)的體系基本形成，需要一些應用形成示范，更多的傳統(tǒng)行業(yè)感受到物聯(lián)網(wǎng)的價值，這樣才能有更多企業(yè)看清楚物聯(lián)網(wǎng)的意義，看清楚物聯(lián)網(wǎng)有可能帶來的商業(yè)價值，也會把自己的應用與業(yè)務與物聯(lián)網(wǎng)結合起來。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 16 ３ 組網(wǎng)與互聯(lián)技術 WSN（無線傳感器網(wǎng)絡）概述 無線傳感器網(wǎng)絡 (WSN)是信息科學領域中一個全新的發(fā)展方向，同時也是新興學科與傳統(tǒng)學科進行領域間交叉的結果。無線傳感器網(wǎng)絡經(jīng)歷了智能 傳感器、無線智能傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡 3個階段。智能傳感器將計算能力嵌入到傳感器中，使得傳感器節(jié)點不僅具有數(shù)據(jù)采集能力，而且具有濾波和信息處理能力；無線智能傳感器在智能傳感器的基礎上增加了無線通信能力，大大延長了傳感器的感知觸角，降低了傳感器的工程實施成本；無線傳感器網(wǎng)絡則將網(wǎng)絡技術引入到無線智能傳感器中，使得傳感器不再是單個的感知單元，而是能夠交換信息、協(xié)調控制的有機結合體，實現(xiàn)物與物的互聯(lián)，把感知觸角深入世界各個角落，必將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。 WSN 定義 圖 31 隨著微機電系統(tǒng) (MicroElectroMechanism System, MEMS)、片上系統(tǒng)（ SOC， System on Chip）、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發(fā)展 ,孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡。 無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構 無線傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)構架如下圖 11 所示，通常包括傳感器節(jié)點 (sensor node)、匯聚節(jié)點 (sink node)和管理節(jié)點，即無線傳感器網(wǎng)絡的三個要素是 傳感器 、感知對象和觀察者。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 17 圖 32 在無線傳感器網(wǎng)絡的工作過程中，大量傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(qū)域內部或附近，能夠通過自組織 的方式構成網(wǎng)絡。傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳的進行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。 傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成，如圖 33 所示。 圖 33 傳感器模塊負責監(jiān)測區(qū)域內信息的采集和數(shù)據(jù)轉換；處理器模塊負責控制整個傳感器節(jié)點的操 作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，通常采用微型電池。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 18 由于傳感器節(jié)點采用電池供電，一旦電能耗盡，節(jié)點就失去了工作能力。為了最大限度的節(jié)約電能，在硬件設計方面邀盡量的采用低功耗器件，在沒有通信任務的時候，切斷射頻部分電源；在軟件設計方面，各通信協(xié)議都應該以節(jié)能為中心，必要時可以犧牲一些其他的一些網(wǎng)絡性能指標，以獲得更高的電源效率。 WSN 的特點 節(jié)點由于受價格、體積和功耗的限制 ,其計算能力、程序空間和內存空間比普通的計算機功能要弱很多。這一點決定了在節(jié)點操作系統(tǒng)設計中 ,協(xié)議層次不能太復雜。 網(wǎng)絡節(jié)點由電池供電 ,電池的容量一般不是很大。其特殊的應用領域決定了在使用過程中 ,不能經(jīng)常給電池充電或更換電池 ,一旦電池能量用完 ,這個節(jié)點也就失去了作用 (死亡 ) 。因此在傳感器網(wǎng)絡設計過程中 ,任何技術和協(xié)議的使用都要以節(jié)能為前提。 無線傳感器網(wǎng)絡中沒有嚴格的控制中心 ,所有節(jié)點地位平等 ,是一個對等式網(wǎng)絡。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡 ,任 何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡的運行 ,具有很強的抗毀性。 網(wǎng)絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網(wǎng)絡設施 ,節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調各自的行為 ,節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡。 網(wǎng)絡中節(jié)點通信距離有限 ,一般在幾十到幾百米范圍內 ,節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信 ,則需要通過中間節(jié)點進行路由。固定網(wǎng)絡的多跳路由使用網(wǎng)關和路由器來實現(xiàn) ,而無線傳感器網(wǎng)絡中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡節(jié)點完成的 ,沒有專門的路由設備。這樣每個節(jié)點既可以是信息的 發(fā)起者 ,也是信息的轉發(fā)者。 無線傳感器網(wǎng)絡是一個動態(tài)的網(wǎng)絡 ,節(jié)點可以隨處移動 。一個節(jié)點可能會因為電物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 19 池能量耗盡或其他故障 ,退出網(wǎng)絡運行 。一個節(jié)點也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡中。這些都會使網(wǎng)絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化 ,因此網(wǎng)絡應該具有動態(tài)拓撲組織功能。 ,分布密集 為了對一個區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測任務 ,往往有成千上萬傳感器節(jié)點投放到該區(qū)域。傳感器節(jié)點分布非常密集 ,利用節(jié)點之間高度連接性來保證系統(tǒng)的容錯性抗毀性。 很多人都認為，這項技術的重要性可與因特網(wǎng)相媲美：正如因特網(wǎng)使得計算機能夠訪問 各種數(shù)字信息而可以不管其保存在什么地方，傳感器網(wǎng)絡將能擴展人們與現(xiàn)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(tǒng)，這就是因為它區(qū)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(xiàn)在的無線傳感器網(wǎng)絡就如同遠在 1970 年的因特網(wǎng)，那時因特網(wǎng)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(xié)議和尋址方案。而現(xiàn)在，大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡只連接了不到 100 個節(jié)點，更多的節(jié)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(jié)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(wǎng)絡的產(chǎn)品已經(jīng)上市，并且具備引人入勝的功能的新產(chǎn)品也會在幾年之內出現(xiàn)。 無線傳感器網(wǎng)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(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象?；?MEMS 的微傳感技術和無線聯(lián)網(wǎng)技術為無線傳感器網(wǎng)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(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領域。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 20 WSN 的網(wǎng)絡協(xié)議 圖 34 從圖 34 中可以看出無線傳感器網(wǎng)絡 采用五層協(xié)議標準：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。分層的網(wǎng)絡通信協(xié)議。 物理層負責數(shù)據(jù)的調制、發(fā)送與接收。物理層傳輸方式涉及 DSN 采用的傳輸媒體、選擇的頻段及調制方式。 DSN 采用的傳輸媒體主要有 :無線電、紅外線、光波。研究核心是傳感器軟、硬件技術。 負責數(shù)據(jù)成幀、幀檢測、媒體訪問和差錯控制。目前對 DSN 數(shù)據(jù)鏈路層的研究集中在媒體訪問控制子層 (MAC)。 DSN 的 MAC 協(xié)議的兩個主要目標是 :組 網(wǎng)絡；共享信道接入。 主要完成數(shù)據(jù)的路由轉發(fā)，實現(xiàn)傳感器與傳感器、傳感器與觀察者之間的通信，支持多傳感器協(xié)作完成大型感知任務。 DSN 路由協(xié)議必須具備以下一些特征 :協(xié)議簡單、節(jié)能；以數(shù)據(jù)為中心，具有數(shù)據(jù)融合能力；具有可擴展性和健壯性傳輸協(xié)議。網(wǎng)絡層主要研究傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議和各種傳感器網(wǎng)絡技術。傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議研究包括 :研究現(xiàn)有通信協(xié)議的性能，確定各種現(xiàn)有協(xié)議對于傳感器網(wǎng)絡的可用性以及優(yōu)缺點；以數(shù)據(jù)為中心的新的通信協(xié)議的研究，包括通用能源有效性路由算法的研究、面向應用的能源有效性路由算法的研究、 動態(tài)傳感器網(wǎng)絡的路徑重構技術的研究等。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 21 無線傳感器網(wǎng)絡的傳輸層負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制，主要通過匯聚節(jié)點采集網(wǎng)絡內的數(shù)據(jù)，并使用衛(wèi)星、移動通信網(wǎng)絡、 Inter 或者其他的鏈路與外部網(wǎng)絡通信，是保證服務質量的重要部分。 應用層主要負責為無線傳感器網(wǎng)絡提供安全支持，即實現(xiàn)密鑰管理和安全組播。無線傳感器網(wǎng)絡的應用十分廣泛，其中一些重要的應用領域有：軍事方面，無線傳感器網(wǎng)絡可以布置在敵方的陣地上，用來收集敵方一些重要目標信息，并跟蹤敵方的軍事動向：環(huán)境檢測方面，無線傳感器網(wǎng)絡能夠用來檢測空氣 的質量，并跟蹤污染源；民用方面，無線傳感器網(wǎng)絡也可用來構建智能家居和個人健康等系統(tǒng)。 WSN 的 組網(wǎng)模式 在確定采用無線傳感器網(wǎng)絡技術進行應用系統(tǒng)設計后，首先面臨的問題是采用何種組網(wǎng)模式。是否有基礎設施支持，是否有移動終端參與，匯報頻度與延遲等應用需求直接決定了組網(wǎng)模式。 下面是幾種 WSN 的組網(wǎng)模式： 圖 35 圖 35 中， 所有節(jié)點的角色相同，通過相互協(xié)作完成數(shù)據(jù)的交流和匯聚。 這種組網(wǎng)模式稱為扁平組網(wǎng)模式。 最經(jīng)典的定向擴散路由 (Direct Diffusion)研究的就是這種網(wǎng)絡結構。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 22 圖 36 節(jié)點分為普通傳感節(jié)點和用于數(shù)據(jù)匯聚的簇頭節(jié)點，傳感節(jié)點將數(shù)據(jù)先發(fā)送到簇頭節(jié)點，然后由簇頭節(jié)點匯聚到后臺。簇頭節(jié)點需要完成更多的工作、消耗更多的能量。如果使用相同的節(jié)點實現(xiàn)分簇，則要按需更換簇頭，避免簇頭節(jié)點因為過渡消耗能量而死亡。 圖 36 這種組網(wǎng)模式稱為基于分簇的層次型組網(wǎng)模式。 (Mesh)模式 Mesh 模式在傳感器節(jié)點形成的網(wǎng)絡上增加一層固定無線網(wǎng)絡，用來收集傳感節(jié)點 數(shù)據(jù)，另一方面實現(xiàn)節(jié)點之間的信息通信，以及網(wǎng)內融合處理。 移動匯聚模式是指使用移動終端收集目標區(qū)域的傳感數(shù)據(jù)，并轉發(fā)到后端服務器。移動匯聚可以提高網(wǎng)絡的容量，但數(shù)據(jù)的傳遞延遲與移動匯聚節(jié)點的軌跡相關。如何控制移動終端軌跡和速率是該模式研究的重要目標。 此外，還有其他類型的網(wǎng)絡。如當傳感節(jié)點全部為移動節(jié)點，通過與固定的Mesh 網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信 (移動產(chǎn)生的通信機會 )，可形成目前另一個研究熱點，即機會通信模式。 WSN 的關鍵技術 傳感器網(wǎng)絡拓撲控制目前主要研究的的 問題是在滿足網(wǎng)絡覆蓋和聯(lián)通度的前提下，通過功率控制和骨干網(wǎng)節(jié)點選擇，剔除節(jié)點間不必要的通信鏈路生成一個高效的數(shù)據(jù)轉發(fā)的網(wǎng)絡的拓撲結構。 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互聯(lián)技術研究 23 目前的研究重點是網(wǎng)絡層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，網(wǎng)絡層的路由協(xié)議決定檢測信息的傳輸路徑；數(shù)據(jù)鏈路層的介質訪問控制用來構建底層層的基礎機構控制傳感器節(jié)點的通信過程和工作模式。 為了保證任務執(zhí)行的機密性，數(shù)據(jù)產(chǎn)生的可靠性，數(shù)據(jù)融合的高效性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘龋?wsn 需要實現(xiàn)一些最基本的安全機制：機密性，點到點消息認證，完整性鑒別，新鮮性，認證廣播和安全 管理，除此之外，為了確保數(shù)據(jù)融合后數(shù)據(jù)源信息的保留，水印技術也成為 wsn 網(wǎng)絡安全的研究內容。 時間同步是需要協(xié)同工作的傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的一個關鍵機制，如測量移動車輛的速度需要計算不同傳感器檢測事件的時間差。 Jeremy 和 Kay Romer 在 月的 HotNets