傳感器網絡的安全機制


安全是系統可用的前提,需要在**通信安全的前提下,降低系統開銷,研究可行的安全算法。由于無線傳感器網絡受到的安全威脅和移動ad hoc網絡不同,所以現有的網絡安全機制無法應用于本領域,需要開發專門協議。目前主要存在兩種思路簡介如下:


一種思想是從維護路由安全的角度出發,尋找盡可能安全的路由以**網絡的安全。如果路由協議被破壞導致傳送的消息被篡改,那么對于應用層上的數據包來說沒有任何的安全性可言。一種方法是“有安全意識的路由”( SAR) ,其思想是找出真實值和節點之間的關系,然后利用這些真實值去生成安全的路由。該方法解決了兩個問題,即如何**數據在安全路徑中傳送和路由協議中的信息安全性。這種模型中,當節點的安全等級達不到要求時,就會自動的從路由選擇中退出以**整個網絡的路由安全。可以通過多徑路由算法改善系統的穩健性( robustness) ,數據包通過路由選擇算法在多徑路徑中向前傳送,在接收端內通過前向糾錯技術得到重建。


另一種思想是把著重點放在安全協議方面,在此領域也出現了大量的研究成果。假定傳感器網絡的任務是為高級政要人員提供安全保護的,提供一個安全解決方案將為解決這類安全問題帶來一個合適的模型。在具體的技術實現上,先假定基站總是正常工作的,并且總是安全的,滿足必要的計算速度、存儲器容量,基站功率滿足加密和路由的要求;通信模式是點到點,通過端到端的加密**了數據傳輸的安全性;射頻層總是正常工作。基于以上前提,典型的安全問題


可以總結為:
a、信息被非法用戶截獲;
b、一個節點遭破壞;
c、識別偽節點;
d、如何向已有傳感器網絡添加合法的節點。


此方案是不采用任何的路由機制。在此方案中,每個節點和基站分享一個一的64位密匙Keyj和一個公共的密匙KeyBS,發送端會對數據進行加密,接收端接收到數據后根據數據中的地址選擇相應的密匙對數據進行解密。


無線傳感器網絡中的兩種專用安全協議:安全網絡加密協議SNEP ( SensorNetwork Encryp tion Protocol)和基于時間的高效的容忍丟包的流認證協議μTESLA。SNEP的功能是提供節點到接收機之間數據的鑒權、加密、刷新,μTESLA的功能是對廣播數據的鑒權。因為無線傳感器網絡可能是布置在敵對環境中,為了防止供給者向網絡注入偽造的信息,需要在無線傳感器網絡中實現基于源端認證的安全組播。但由于在無線傳感器網絡中,不能使用公鑰密碼體制,因此源端認證的組播并不容易實現。傳感器網絡安全協議SP INK中提出了基于源端認證的組播機制uTESLA,該方案是對TESLA協議的改進,使之適用于傳感器網絡環境。其基本思想是采用Hash鏈的方法在基站生成密鑰鏈,每個節點預先保存密鑰鏈最后一個密鑰作為認證信息,整個網絡需要保持松散同步,基站按時段依次使用密鑰鏈上的密鑰加密消息認證碼,并在下一時段公布該密鑰。

加速度傳感器類型
1. 直流響應加速度傳感器的特點
直流響應加速度傳感器是指具有直流耦合輸出，能夠響應低至0赫茲的加速度信號。因此直流響應的加速度傳感器適合同時測試靜態和動態的加速度,但是也并不是只有需要測試靜態加速度時才選擇直流響應的加速度傳感器。
直流響應加速度傳感器主要有兩種類別,分別是電容型和壓阻型。下面說下就這兩類加速度傳感器各自的特點。


電容型


電容型加速度傳感器在當今是較通用的，在某些領域無可替代，如安全氣囊，手機移動設備等。高的產量使得這類傳感器成本低廉。但是這種低成本的加速度傳感器受制于較低的信噪比，有限的動態范圍。所有的電容型加速度傳感器都具有內部時鐘，它是檢測電路必不可少的部分，由于泄漏經常會對輸出信號產生干擾。這種噪聲的頻率遠**測量信號的頻率，一般不會對測量結果造成影響，但是它始終和測試信號疊加在一起。由于內置了放大器芯片，其一般具有3線或4線差分輸出接口，只要有直流供電便能工作。


壓阻型


壓阻型加速度傳感器是另一種廣泛應用的直流響應加速度傳感器。不同于電容型加速度傳感器通過電容的變化測量加速度，壓阻型加速度傳感器通過應變電阻值的變化輸出加速度信號，應變電阻是傳感器慣性感應系統的一部分。很多工程師熟悉應變片，并知道如何測量其輸出。大多數的壓阻型傳感器對溫度變化敏感，因而需要對其輸出信號在傳感器內部或外部做溫度補償。現代壓阻型加速度傳感器包含一個專用集成電路做在板信號處理，也包含溫度補償。


2. 交流響應加速度傳感器的特點


作為交流響應的加速度傳感器，正如它的名稱，它的輸出是交流耦合的,這類加速度傳感器不能用來測試靜態的加速度，僅適合測量動態事件,比如重力加速度和離心加速度。


較常用的交流響應加速度傳感器是采用壓電元件作為其敏感單元的。當有加速度輸入時，傳感器中的檢測質量塊發生移動使壓電元件產生正比于輸入加速度的 電荷信號。從電學角度來看，壓電元件如同一個有源的電容器，其內阻在10x9歐姆級別。由內阻和電容決定了RC時間常數，這也決定了傳感器的高頻通過特 性。基于這個原因，壓電加速度傳感器不能用于測量靜態事件。壓電元件可來自于自然界或者人造。它們有著不同的信號轉換效率和線性關系。市場上主要有兩類壓 電加速度傳感器－電荷輸出型，電壓輸出型。


大部分的壓電加速度傳感器采用鋯鈦酸鹽陶瓷，具有很寬的工作溫度范圍，動態量程范圍大，頻率范圍寬。電荷輸出型加速度傳感器把壓電陶瓷封裝在具有氣 密性的金屬外殼中。由于具有抵抗嚴酷環境的能力，其具有非常好的耐久性。由于其具有很高的阻抗，該傳感器需要配合電荷放大器和低噪聲屏蔽電纜使用，較好是 同軸電纜。低噪聲電纜是指其具有低的摩擦電噪聲，這是一種運動產生的來自電纜本身的噪聲。很多傳感器廠家同時提供這種低噪聲電纜。電荷放大器和電荷輸出型 加速度傳感器連接，從而可以消除電纜電容和傳感器電容并聯帶來的影響。配合**的電荷放大器，電荷輸出型加速度傳感器很容易實現寬的動態響應。由于壓電陶 瓷的工作溫度范圍很寬，有些傳感器可以用于-200°C到400°C，甚至更寬溫度的環境。它們特別適合極限溫度下的振動測試，如渦輪引擎的監測。
利用加速度傳感器測量物體的傾斜角度
1 說明



測量物體的傾斜角度是加速器傳感器的一種常見的應用。雖然其基本原理十分簡單，但是在具體實現中仍然會遇到很多困難，比如傾斜角度的精度問題，數學計算過于復雜等等。本文將對精度問題進行詳細討論，并給出一種簡化的計算方法。



2 基本原理



由于加速度傳感器在靜止放置時受到重力作用，因此會有 1g 的重力加速度。利用這個性質，通過測量重力加速度在加速度傳感器的 X 軸和 Y 軸上的分量，可以計算出其在垂直平面上的傾斜角度。

這樣，根據以上原理一個 2 軸加速度傳感器可以測量在 X-Y 平面上的傾斜角度。



需要注意的是，2 軸加速度傳感器只能測量 X 軸和 Y 軸上的重力分量，因而只能測量 因而只能測量 X-Y平面上的傾斜角度 。可是由于物體在空間傾斜的時候，很難**傾斜完全在 X-Y 平面上，這樣只使用 2 軸加速度傳感器進行測量會存在局限性，因此，我們考慮使用 3 軸加速度傳感器。如下圖所示，3 軸加速度傳感器可以測量 X 軸、Y 軸和 Z 軸的重力分量，計算空間傾斜角度的公式可以推廣為 。


這個公式就是本文中用來測量物體傾斜角度的基本原理。需要說明的是，這里利用的是物體在靜止時受到重力的性質，如果物體同時也有運動加速度的話，那么這個公式將不再準確。所以必須為公式增加一個限制條件，即




3 硬件實現



目前，在消費類產品中使用的加速度傳感器分為數字輸出 （例如 ADXL345）和模擬輸出 （例如 ADXL335）兩種。數字輸出的加速度傳感器可以直接通過 I2C 或 SPI 總線與 MCU 進行連接；模擬輸出的加速度傳感器則需要使用 ADC 進行采樣。現在，普遍使用的 MCU 中基本都有內置的 ADC 通道，所以無論是數字輸出還是模擬輸出的加速度傳感器都可以非常容易地和 MCU 進行連接，進而實現測量功能。
在當今信息技術呈爆炸式發展的潮流中,無線傳感器以其全新的數據獲取與處理技術逐漸進入人們的視線,并且在很多領域得到了廣泛的應用與普及。當今國內無線傳感器的發展方向大多集中在對于傳感器數據接收的網絡節點處，并且對用于信息處理的硬件設備也有部分研究。而伴隨研究的不斷深入與科技創新的不斷突破，無線傳感器已經開始向著智能式與便攜式方向發展，它作為協作技術的核心部分其前景不可**。無線傳感器的所有技術是過去單一傳感器技術、無線電通信技術的完美融合，并且在融合的同時更在操作便捷性上做出了較大的突破。無線電傳感器因為其特殊的節點式感應接收模式使得它在通信能力上就會顯得十分有限，對一些大規模的數據也很難及時做到處理與響應，而對于這種十分有限的數據處理能力，要想讓無線電傳感器發揮出其較大的作用，就要根據實際的處理區域情況做出一系列相應的調整對策。作為當今**學術領域的研究熱點，無線電傳感器的出現讓微電子技術與計算機網絡技術完美融合在一起。并使得這一技術在軍事科技、*科技、城市規劃、搶險賑災、環境保護等方面都體現出了十分重要的價值，**都已無法忽視這一重要的技術。
無線傳感器的選用原則


雖然無線傳感器的出現時間并不長，但是它依舊有很多的種類，且每個類別所履行的實際任務也不同，在遇到實際的問題時，要根據現場的實際測量目的、測量對象及測量環境來科學的選取合適的無線傳感器來進行數據收集。而無線傳感器的實際選擇應該遵循以下幾個重要原則：


靈敏度的選擇。一般而言，對于無線電傳感器來說設備的靈敏度當然是越高越好，但是在實際的使用中就會發現常常無線傳感器的靈敏度會受到很多外界因素的不可抗逆性干擾，這就會使得整個數據測量的精確度受到干擾，此外，在方向性這一方面，傳感器的靈敏度也不是越高越好，而是需要根據測量的對象來做進一步的選擇，例如，如果選擇的測量對象并非單向量，那么傳感器的靈感度選擇還是越小越好。


穩定性及精度選擇。無論何種設備在使用過程中都會出現性能變化，所以對于無線傳感器而言，其穩定性還是十分重要的指標。所以在實際的傳感器選擇時就需要優先考慮測量的環境，在對使用環境做出詳盡調查之后合理安排傳感器的類型。而當一些傳感器**齡服役過后還是需要對傳感器的性能進一步進行測評，而對于一些環境變量不太穩定的區域，就可以選擇一些更為耐用的傳感器來應對環境的改變。之所以如此注重傳感器的穩定性，是因為無線傳感器的穩定性和精度之間是存在著嚴密的關系，一旦傳感器的穩定性出現偏差，那么對于傳感器的精度將是致命的打擊。在測量時，有時還需要根據測量目的不同來選擇無線傳感器的類型。一般的測量目的分為定量分析和定性分析兩類，對于定性分析而言，有一個概念性的數據結果即可，所以就不必使用精度偏高的傳感器；而定量分析需要精確地得出監測數據，此時就需要精度等級較高的傳感器來滿足對于測量要求。


頻率響應。傳感器的機械性能和結構不但可以影響其精確度與穩定性，還會對傳感器的頻率產生影響，只有傳感器的頻率響應得到十足的**，傳感器的測量范圍也才能得到**。

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上海豫淞電子科技有限公司,簡稱豫淞科技（YUSONG TEST）。豫淞科技有限公司是一家致力于工業物聯網系統解決方案的供應商,產品涉及工業測量,工業安全防護,自動化檢測,物流系統解決方案四塊領域。 
      公司是以技術研發為基礎,服務客戶為**,以完善自身匯報社會為目的科技型企業,致力于成為行業內**無線智能企業,為客戶提供智能傳感器, 無線加速度傳感器,無線振動傳感器,無線傾角傳感器,無線溫度傳感器,無線壓力傳感器,無線力傳感器,無線數據采集端,綜合性智能傳輸基站,無線傳感解決方案。 

     圍繞客戶需求,以智能化,微型化,網絡化為方向的技術創新,提供**化系統,為客戶創造較大**。 運用數字信息技術,打造工業物聯網系統,讓物質文明充斥每個角落。

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