齐齐哈尔工程学院毕业设计（论文）
第1章 引言
随着电子技术的日益发展，测量技术也有了飞速的提升。温湿度逐渐成为人们普遍关注的问题之一。经研究发现温度和湿度有着非常紧密的关系，人的体感不只受温度的影响，而且还受到湿度的影响。所以在一定的温度条件下，空气的湿度也要保持相对的平稳。“温湿度”这一说法应运而生。在生命科学设施中，温度和湿度往往需要7*24监测和报警显示，来保障产品和工艺的质量与安全。环境监测与实时数据报告，以确保环境“符合规格”是至关重要的。 在我们的生活中，我们要时刻关心环境的变化，只有很好的把握好环境的差异变化，才能更好的生存与发展。
如今社会电子技术的飞速发展与普及，计算机系统数量与日俱增，其配套的环境设备也日益增多，计算机机房已然成为各大单位的重要组成部分。机房的环境设备对温度、湿度以及安全性的要求也越来越严格，这是保证计算机系统能够正常运行的基本环境。一旦机房环境设备出先故障，就会影响到计算机系统的运行，对数据的传输、存储及系统运行的可靠性构成严重威胁，如事故严重又不能及时处理，就会造成硬件设备损坏，造成严重后果。对于像中国电信需要实时交换数据的单位机房，机房管理尤为重要，一旦系统发生故障，造成的经济损失更是无法计算。目前许多机房的管理人员不得不采用24小时专人值班，定时巡查机房环境，这样不仅加重了管理人员的负担，而且很多时候不能及时排除故障，对事故发生的时间及责任也不能科学的管理。【2】
1.1选课背景和意义
湿度测量技术来由已久。随着电子技术的发展，近代测量技术也有了飞速的发展。湿度测量从原理上划分20—30种之多。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值等等。但湿度测量始终是世界测量领域中令人困扰的难题之一。一个看似简单的量值，深究起来，涉及相当复杂的物理—化学理论分析和计算，初涉者可能会忽略在湿度测量中必需注意的许多因素，因而
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影响的合理使用。
温湿度检测是无线传感技术重要的应用之一，远程测量在实际生产过程中的应用也十分广泛。温湿度是工农业生产中的主要参数，影响着产品的质量，基于单片机对采集温湿度数字信号的处理，数传模块进行数据远传。以单片机为核心的检测系统，包括单片机、数传模块、温湿度传感器、显示、系统软件等部分。系统的开发，达到远程温湿度采集和检测。【3】
1.1.1传媒影响
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输或者连接传感控制器而构成传感网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被应用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据颁布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。【4】
1.1.2特点
1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作颁布式信息处理的难题。
2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。
3、无中心。在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，是一个对等式网络。各节点通过颁布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。
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4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和份布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
5、多跳路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。
6、动态拓扑。WSP是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。
7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮和容错性。
8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电源进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。
9、安全性问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络中至关重要。
1.1.3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。
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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，例如在使用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。
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。【5】
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）
DoS攻击主要用于破坏网络的可用性，减少、降低执行网络或系统执行某一期望功能能力的任何事件。如试图中断、颠覆或毁坏传感网络，另外还包括硬件
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失败、软件bug、资源耗尽、环境条件等。这里我们主要考虑协议和设计层面的漏洞。确定一个错误或一系列错误是否是有意DOS攻击造成的，是很困难的，特别是在大规模的网络中，因为此时传感网络本身就具有比较高的单个节点失效率。
DoS攻击可以发生在物理层，如信道阻塞，这可能包括在网络中恶意干扰网络中协议的传送或者物理损害传感节点。攻击者还可以发起快速消耗传感节点能量的攻击，比如，向目标节点连续发送大量无用信息，目标节点就会消耗能量处理这些信息，并把这些信息传送给其它节点。如果攻击者捕获了传感节点，那么他还可以伪造或伪装成合法节点发起这些DOS攻击，比如，它可以产生循环路由，从而耗尽这个循环中节点的能量。防御DOS攻击的方法没有一个固定的方法，它随着攻击者攻击方法的不同而不同。一些跳频和扩频技术可以用来减轻网络堵塞问题。恰当的认证可以防止在网络中插入无用信息，然而，这些协议必须十分有效，否则它也会被用来当作DOS攻击的手段。比如，使用基于非对称密码机制的数字签名可以用来进行信息认证，但是创建和验证签名是一个计算速度慢、能量消耗大的计算，攻击者可以在网络中引入大量的这种信息，就会有效地实施DoS攻击。
1.1.4应用范围
由于技术等方面的制约，WSN的大规模商用还有待时日。但随着微处理器体积的缩小和性能的提升，已经有中小规模的WSN在工业市场上开始投入商用。其应用主要集中在以下领域：
1.环境监测
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以应用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
2.医疗护理
罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘
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