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無線感測器網路防止數據碰撞

發布時間: 2025-06-04 14:34:15

⑴ 車聯網什麼意思

車聯網是指車輛上的車載設備通過無線通信技術,對信息網路平台中的所有車輛動態信息進行有效利用,在車輛運行中提供不同的功能服務。

車聯網能夠為車與車之間的間距提供保障,降低車輛發生碰撞事故的幾率;車聯網可以幫助車主實時導航,並通過與其它車輛和網路系統的通信,提高交通運行的效率。車聯網的概念源於物聯網,即車輛物聯網,是以行駛中的車輛為信息感知對象。

車聯網藉助新一代信息通信技術,實現車與X(即車與車、人、路、服務平台)之間的網路連接,提升車輛整體的智能駕駛水平,為用戶提供安全、舒適、智能、高效的駕駛感受與交通服務,同時提高交通運行效率,提升社會交通服務的智能化水平。

車聯網的構成:

1、車輛和車載系統

車輛和車載系統是參與交通的每一輛汽車和車上的各種設備,通過這些感測器設備,車輛不僅可以實時地了解自己的位置、朝向、行駛距離、速度和加速度等車輛信息,還可以通過各種環境感測器感知外界環境的信息。

包括溫度、濕度、光線、距離等,不僅方便駕駛員及時了解車輛和信息,還可以對外界變化做出及時的反應。此外,這些感測器獲取的信息還可以通過無線網路發送給周圍的車輛、行人和道路,上傳到車聯網系統的雲計算中心,加強了信息的共享能力。

2、車輛標識系統

車輛上的若干標志標識和外界的標識識別設備構成了車輛標識系統,其中標志以RFID和圖像識別系統為主。

3、路邊設備系統

路邊設備系統會沿交通路網設置,一般會安裝在交通熱點地區、交叉路口或者高危險地區,通過採集通過特定地點的車流量,分析不同擁堵段的信息,給予交通參與者避免擁堵的若干建議。

4、信息通信網路系統

有了若干信息之後,還需要信息通信系統對各種數據的傳輸,這是網路鏈路層的重要組成部分,目前車聯網的通信系統以WIFI、移動網路、無線網路、藍牙網路為主,車聯網的大部分網路需求需要和網路運營商合作,以便和用戶的手機隨時連接。

⑵ 關於無線感測器網路的安全,你認為未來面臨的攻擊主要包 含哪些

根據網路層次的不同,可以將無線感測器網路容易受到的威脅分為四類:

1、物理層:主要的攻擊方法為擁塞攻擊和物理破壞。

2、鏈路層:主要的攻擊方法為碰撞攻擊、耗盡攻擊和非公平競爭。

3、網路層:主要的攻擊方法為丟棄和貪婪破壞、方向誤導攻擊、黑洞攻擊和匯聚節點攻擊。

4、傳輸層:主要的攻擊方法為泛洪攻擊和同步破壞攻擊。


安全需求

由於WSN使用無線通信,其通信鏈路不像有線網路一樣可以做到私密可控。所以在設計感測器網路時,更要充分考慮信息安全問題。

手機SIM卡等智能卡,利用公鑰基礎設施(Public Key Infrastructure,PKI)機制,基本滿足了電信等行業對信息安全的需求。同樣,亦可使用PKI來滿足WSN在信息安全方面的需求。

1、數據機密性

數據機密性是重要的網路安全需求,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,但接收者並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

可用性要求感測器網路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感測器網路處於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,DoS)攻擊。

5、魯棒性

無線感測器網路具有很強的動態性和不確定性,包括網路拓撲的變化、節點的消失或加入、面臨各種威脅等,因此,無線感測器網路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感測器網路的用戶身份進行確認,確保其合法性。

⑶ 無線感測器網路的優缺點

一、優點

(1) 數據機密性

數據機密性是重要的網路安全需求,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,但接收者並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。

二、缺點

根據網路層次的不同,無線感測器網路容易受到的威脅:

(1)物理層:主要的攻擊方法為擁塞攻擊和物理破壞。

(2)鏈路層:主要的攻擊方法為碰撞攻擊、耗盡攻擊和非公平競爭。

(3)網路層:主要的攻擊方法為丟棄和貪婪破壞、方向誤導攻擊、黑洞攻擊和匯聚節點攻擊。

(4)傳輸層:主要的攻擊方法為泛洪攻擊和同步破壞攻擊。

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一、相關特點

(1)組建方式自由。

無線網路感測器的組建不受任何外界條件的限制,組建者無論在何時何地,都可以快速地組建起一個功能完善的無線網路感測器網路,組建成功之後的維護管理工作也完全在網路內部進行。

(2)網路拓撲結構的不確定性。

從網路層次的方向來看,無線感測器的網路拓撲結構是變化不定的,例如構成網路拓撲結構的感測器節點可以隨時增加或者減少,網路拓撲結構圖可以隨時被分開或者合並。

(3)控制方式不集中。

雖然無線感測器網路把基站和感測器的節點集中控制了起來,但是各個感測器節點之間的控制方式還是分散式的,路由和主機的功能由網路的終端實現各個主機獨立運行,互不幹涉,因此無線感測器網路的強度很高,很難被破壞。

(4)安全性不高。

無線感測器網路採用無線方式傳遞信息,因此感測器節點在傳遞信息的過程中很容易被外界入侵,從而導致信息的泄露和無線感測器網路的損壞,大部分無線感測器網路的節點都是暴露在外的,這大大降低了無線感測器網路的安全性。

二、組成結構

無線感測器網路主要由三大部分組成,包括節點、感測網路和用戶這3部分。其中,節點一般是通過一定方式將節點覆蓋在一定的范圍,整個范圍按照一定要求能夠滿足監測的范圍。

感測網路是最主要的部分,它是將所有的節點信息通過固定的渠道進行收集,然後對這些節點信息進行一定的分析計算,將分析後的結果匯總到一個基站,最後通過衛星通信傳輸到指定的用戶端,從而實現無線感測的要求。

⑷ 高分懸賞無線感測器網路混合類斑馬協議(Z-MAC)

3.3 常見的MAC協議分析與比較
3.3.1 S-MAC協議
S-MAC(Sensor-MAC)協議是較早的針對WSN的一種MAC協議,他是在802.11MAC的基礎上,採用下面介紹的多種機制來減少了節點能量的消耗。固定周期性的偵聽和睡眠:為了減少能量的消耗,感測器節點要盡量處於低功耗的睡眠狀態。S-MAC協議採用了低占空比的周期性睡眠/偵聽。為了使得S-MAC協議具有良好的擴展性,在覆蓋網路中形成眾多不同的虛擬簇。
消息傳遞技術:對於無線信道,傳輸差錯與包長度成正比,短包成功傳輸的概率要大於長包。在S-MAC協議中消息傳遞技術將長消息分成若干短包,利用RTS/CTS握手機制,一次性發送整個長消息,這樣既提高發送成功率,有減少了控制消息。流量自適腔滾應偵聽機制:感測器節點在與鄰居節點通信結束後並不立即進入睡眠狀態,而保持偵聽一段時間,採用流量自適應偵聽機制,減少了網路中的傳輸延遲。
S-MAC協議與IEEE802.11 MAC相比,在節能方面有了很大的改善。但睡眠機制的引入,使得網路的傳輸延遲增加,吞吐量下降。針對S-MAC協議存在的不足,研究人員對其進行了改進,提出了一種帶有自適應睡眠的S-MAC協議。
3.3.2 LMAC協議
LMAC協議使用時分多址 (TDMA)機制,時間被分成若干個時隙, 節點在傳送數據時不需要競爭信道,可以避免傳輸碰撞造成的能量損耗。節點只能指派一個控制時隙,在時隙期間,節點總是會傳送一條信息,此信息包含兩部分:控制信息和數據單元。由於一個時隙梁圓汪只能被一個節點控制, 所以節點可以無沖突的進行通訊【1】。
3.3.3 T-MAC協議
T-MAC(Timeout-MAC)協議與自適應睡眠的S-MAC協議基本思想大體相同。數據傳輸仍然採用RTS/CTS/DATA/ACK的4次握手機制,不同的是在節點活動的時隙內插入了一個TA(Time Active)時隙,若TA時隙之間沒有任何時間發生,則活動結束進入睡眠狀態。TA的取值對於T-MAC協議性能至關重要,其約束條件為:TA=m(C+R+T),m>1,其中C為競爭信道時間,R為發送RTS分組的時間,T為RTS分組結束到發出CTS分組開始的時間。在模擬的時候,一般選取m=1.5,即:TA=1.5×(C+R+T)。
T-MAC協議雖然能根據當前網路的動態變化,通過提前結束活動周期來減少空閑偵聽提高能效,但帶來了「早睡」問題。所謂早睡問題是指在多個感測器節點向一個或少數幾個匯聚節點發送數據時,由於節點在當前TA沒有收到激活事件,過早進入睡眠,沒有監測到接下來的數據包,導致網路延遲。為解決這個問題,提出了未來清除發送和滿緩沖區優先兩個方法。
基於競爭的MAC協議通常很難提供實時性保證,而且由於沖突的存在,浪費了能量。基於競爭的協議在有些應用場合(比如主要考慮節能而不太關心時延的可預測性時)有較大的應用,基於競爭的協議需要解決的是提供一個實時性的統計上界。根據這類協議的分布式和隨機的補償特性,基於競爭的協議沒有確切的保證不同節點的數據包的優先順序。因此,有必要限制優先順序倒置的概率以建立統計上的端到端的時延保證。
3.3.4 Wise-MAC協議
Wise - MAC協議在非堅持CSMA協議的基礎上,採用前導碼采樣技術控制節點處於空閑偵聽狀態時的能量消耗。與S-MAC和T-MAC協議相比,節能效果非常顯著。
無線信道在傳輸過程中經常出現錯誤,所以需要鏈路層的確認機制來恢復丟失的數據包。Wise-MAC協議的ACK數據幀不僅用來對接收到的數據包進行確認,還會通知其他鄰居節點到下一次采樣的剩餘時間。通過這種方式,每個節點不斷更新相鄰節點的采樣時間偏移表。利用這些信息,每個節點可以選擇恰當的時間,使用最小長度的喚醒前導碼向目的節點發送數據。
Wise-MAC協議可以很好地適應網路橡仔流量變化,他是和WISENET超級功耗SoC晶元結合設計的。Wise-MAC協議的采樣同步機制會帶來數據包沖突的問題,也會由於節點學要存儲相鄰節點的信道偵聽時間,會佔用寶貴的存儲空間,增加協議實現的復雜度,尤其是在節點密度較高的網路內這個問題尤為突出。
3.3.5 DMAC協議
數據採集樹是無線感測器網路的一種重要的通信模式,DMAC協議就是針對這種數據採集樹而提出的,目標是減少網路的能量消耗和減少數據的傳輸延遲。DMAC協議採用不同深度節點之間的接收發送/睡眠的交錯調度機制。將節點周期劃分為接收、發送和睡眠時隙,數據能沿著多跳路徑連續地從數據源節點傳送到匯聚節點,減少睡眠帶來的傳輸延遲。
3.3.6 Z-MAC協議
綜合CSMA和TDMA二者各自的優點,由RHEE 等在2005年提出了一種混合機制的Z-MAC協議。
Z-MAC將信道使用物化為時間幀的同時,使用CSMA作為基本機制,時隙的佔有者只是有數據發送的優先權,其他節點也可以在該時隙發送信息幀,當節點之間產生碰撞之後,時隙佔有者的回退時間短,從而真正獲得時隙的信道使用權。Z-MAC使用競爭狀態標示來轉換MAC機制,節點在ACK重復丟失和碰撞回退頻繁的情況下,將由低競爭狀態轉為高競爭狀態,由CSMA機制轉為TDMA機制。因而可以說,Z-MAC在較低網路負載下,類似CSMA,在網路進入高競爭的信道狀態之後,類似TDMA。
Z-MAC並不需要精確的時間同步,有著較好的信道利用率和網路擴展性。協議達到即時的適應網路負載的變化的同時,TDMA和CSMA機制的同步和互換會產生較大的能量耗損和網路延遲問題。