DARPA开发近零功耗传感器以大幅提高监测效率

DARPA开发近零功耗传感器以大幅提高监测效率

N-ZERO 概念图。

2015年4月13日，据美国国防高级研究计划局（DARPA）网站报道，DARPA于1月发布“近零功耗射频和传感器运行”（N-ZERO）项目招标书。该项目旨在开发接近零功耗的传感器技术。该技术能够保证传感器能可靠运行数年，大幅延长传感器使用寿命，降低维护成本，并最终有利于物联网的发展。

如今的军事传感器依靠“有源电子器件”来检测振动、光线、声音或其他信号。这意味着这些传感器需要不断地消耗电量，而其中大部分电量用于处理不相关的数据。这种功率消耗使传感器使用寿命只有几个星期或几个月，也阻碍了传感器新技术和能力的发展。此外，作战人员需要不断替换掉电量耗尽的传感器，不仅代价高昂，而且耗费时间，同时易使作战人员暴露于危险之中。

N-ZERO项目试图通过开发无线、事件促发的感应技术来克服持续感应的功率限制。借助于这项技术，物理、电磁式和其他传感器可保持休眠状态――“睡眠状态但仍然有意识”（asleep-yet-aware）直到被值得关注的事件唤醒。为了实现这个目标，该项目计划开发一系列基础技术，以持续被动

地监测周围环境，并且仅在检测到特定信号后才激活电路。N-ZERO项目旨在使用信号签名排除噪声和干扰，检测和识别值得关注的事件，从而更高效地利用电源。

DARPA项目经理特洛伊?奥尔森表示，N-ZERO项目通过减少对电源的依赖，延长电池寿命，以提高电源使用效率和减少作战人员事故的发生;通过准确唤醒传感器，大幅度减少误报来提高传感器效率以及作战人员态势感知能力。休眠状态下的传感器功率消耗小于10毫微瓦，这约等于手表电池自动放电时的耗电量，比当前顶尖传感器的功耗至少低1000倍。具体来说，N-ZERO项目试图将无人值守传感器使用寿命从数周延长到数年，进而降低维护成本，并降低重新部署传感器的频率。另外，该项目也可在保持地基传感器当前运行寿命的情况下，大大减少其电池大小（至少20倍）。

N-ZERO项目在初始阶段强调提高传感器在检测和分析射频、电磁、声音和振动的能力。奥尔森表示，如果成功的话，N-ZERO项目不仅可提高军事传感器的能力，还可提高物联网在各种复杂环境下的效率，进而改变人们的生活方式。（吴海）

磁敏传感器.

模块七磁电式传感器练习题 一、填空题： 1、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用产生的结果。 2、霍尔效应在中发现的，在高纯度中表现较为显著。 3、霍尔集成元件可分为和两大类。 4、霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现 的现象。 5、霍尔传感器是利用原理将被测物理量转化为电势的传感器。 6、当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由 _______所决定。 7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称传感器；这种传感器只能测量 物体。 8、变磁阻式传感器可分为变气隙厚度的传感器、变气隙面积的传感器。其中，的传感器是线性的，的传感器是非线性的。 9、磁电式传感器是速度传感器，若测量加速度，需配用电路。 10、磁电式传感器是速度传感器，若测量位移，需配用电路。 11、磁敏三极管的工作原理是利用磁场的强弱来控制三极管的极电流增加或减小。 12、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 13、磁电特性是指磁敏二极管在一定的条件下，磁敏二极管两端的输出电压与的关系曲线。 14、霍尔器件在额定控制电流下，无外磁场时，两个霍尔电极之间的称为不等位电势U0。 15、磁敏二极管的温度特性是指在标准测试条件下，输出电压随温度变化的规律。 16、如前所述，霍尔电势U H正比于控制电流I和磁感应强度B。在实际应用中，总是希望获得较大得霍尔电势。增加控制电流虽然能提高霍尔电势输出，但控制电流大，元件的，从而导致元件的，甚至可能烧毁元件。

无线传感器网络的安全性研究

无线传感器网络的安全性研究 0 引言 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是一种自组织网络，由大量具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的节点协同组织构成。WSN在军事、环境、工控和交通等方面有着广阔的应用前景。由于大多数用户对WSN的安全性有较高要求，而WSN有着与传统的Ad hoc网络不同的特点，大多数传统的安全机制和安全协议难以直接应用于WSN，因此有必要设计适合WSN的安全性方案。 无线传感器网络与传统的ad hoc网络相比有如下独有的特点[1]： （1）传感器节点数量巨大，网络规模庞大； （2）节点密集分布在目标区域； （3）节点的能量、存储空间及计算能力受限，容易失效； （4）动态的网络拓扑结构； （5）通常节点不具有统一的身份（ID）。 1 WSN的安全性问题 WSN中，最小的资源消耗和最大的安全性能之间的矛盾，是传感器网络安全性的首要问题。通常两者之间的平衡需要考虑到有限的能量、有限的存储空间、有限的计算能力、有限的通信带宽和通信距离这五个方面的问题。 WSN在空间上的开放性，使得攻击者可以很容易地窃听、拦截、篡改、重播数据包。网络中的节点能量有限，使得WSN易受到资源消耗型攻击。而且由于节点部署区域的特殊性，攻击者可能捕获节点并对节点本身进行破坏或破解。 另外，WSN是以数据通信为中心的，将相邻节点采集到的相同或相近的数据发送至基站前要进行数据融合，中间节点要能访问数据包的内容，因此不适合使用传统端到端的安全机制。通常采用链路层的安全机制来满足WSN的要求。 2 常见的攻击和解决方案 在WSN协议栈的不同层次上，会受到不同的攻击，需要不同的防御措施和安全机制。 2．1 物理层 物理层完成频率选择、载波生成、信号检测和数据加密的功能。所受到的攻击通常有： 1）拥塞攻击：攻击节点在WSN的工作频段上不断的发送无用信号，可以使在攻击节点通信半径内的节点不能正常工作。如这种攻击节点达到一定的密度，整个网络将面临瘫痪。 拥塞攻击对单频点无线通信网络影响很大，采用扩频和跳频的方法可很好地解决它。 2）物理破坏：WSN节点分布在一个很大的区域内，很难保证每个节点都是物理安全的。攻击者可能俘获一些节点，对它进行物理上的分析和修改，并利用它干扰网络的正常功能。甚至可以通过分析其内部敏感信息和上层协议机制，破坏网络的安全性。 对抗物理破坏可在节点设计时采用抗窜改硬件，同时增加物理损害感知机制。另外，可对敏感信息采用轻量级的对称加密算法进行加密存储。 2．2 MAC层 MAC层为相邻节点提供可靠的通信通道。MAC协议分3类：确定性分配、竞争占用和随机访问。其中随机访问模式比较适合无线传感网络的节能要求。 随机访问模式中，节点通过载波监听的方式来确定自身是否能访问信道，因此易遭到拒绝服务攻击(Distributed Denial of Service，DOS)[2]。一旦信道发生冲突，节点使用二进指数倒退算法确定重发数据的时机。攻击者只需产生一个字节的冲突就可以破坏整个数据包的发送，这时接收者回送数据冲突的应答ACK，发送节点则倒退并重新选择发送时机。如此这般反复冲突，节点不断倒退，导致信道阻塞，且很快耗尽节点有限的能量。

霍尔磁敏传感器原理与应用报告

霍尔磁敏传感器原理与应用 一．引言 随着自动检测控制和信息技术的发展，对传感器的性能要求越来越高，一方面要求尽可能精确，可靠性要求高；另一方面要求价格尽可能廉价。霍尔传感器是一种理想器件。 磁敏传感器，顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件。特点正是无须在线圈中通电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。如探雷器，金属异物探测器，测磁通的磁通计等. (磁通门，振动样品磁强计)。 霍尔传感器是依据霍尔效应制成的器件。 霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向,由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差，在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显著。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料Insb(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度,在材料方面半导体IIIV 元素族都有所应用。近年来，除Insb之外，有硅衬底的，也

有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在 2~10mA左右，一般采用恒流供电法。 Insb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2 mA。作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。（因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。另外，目前的传感器对温度很敏感，通的电流大了，有一个自身加热问题。（温升）就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。 霍尔传感器主要有两大类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式（品种）及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。 以磁场作为媒介，利用霍尔传感器可以检测多种物理量，如位移、振动、转速、加速度、流量、电流、电功率等。它不仅可以实现非接触测量，并且采用永久磁铁产生磁场，不需附加能源。另外，霍尔传感器尺寸小、价格便宜、应用电路简单、性能可靠，因而获得极为广泛的应用。除了直接利用霍尔传感器外，还利用它开发出各种派生的传感器。 二．工作原理 1.霍尔效应 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。

磁敏传感器总结

磁敏传感器总结 磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器件。磁敏传感器一般被用来检测磁场的存在、变化、方向以及磁场强弱，以及可引起的磁场变化物理量。目前的传感器的品种很多，例如霍尔器件，磁敏二极管、三极管，半导体型磁敏电阻器件，以及AMR、GMR磁敏传感器，GMI（巨磁阻抗）传感器等。磁敏传感器的理论基础是霍尔效应或磁阻效应 1. 霍尔效应 在霍尔片（霍尔片是一块矩形半导体薄片，一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料制成，霍尔片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装。）的两端通以控制电流I，在它的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在霍尔片的另两侧面会产生与I和B的乘积成比例的电动势（霍尔电势或称霍尔电压）。霍尔电势UH，其大小可用下式表示： 式中：——霍尔常数（m3／C） I——控制电流 B——磁感应强度 d——霍尔元件厚度 令： 为霍尔元件的灵敏度。它是表征对应于单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电压大小的一个重要参数，一般要求它越大越好。KH与元件材料的性质和几何尺寸有关。由于半导体（尤其是N型半导体）的霍尔常数RH要比金属的大得多，所以在实际应用中，一般都采用N型半导体材料做霍尔元件。元件的厚度d对灵敏度的影响也很大，元件越薄，灵敏度就越高。 建立霍尔效应所需的时间很短（约10-12～10-14s），因此控制电流用交流时，频率可以很高（几千兆赫）。 2. 磁阻效应 将一载流导体置于外磁场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁致电阻效应 当温度恒定时，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度B的平方成正 比。对于只有电子参与导电的最简单的情况，理论推出磁阻效应的表达式为： 式中

传输功率控制的无线传感器网络

传输功率控制的无线传感器网络 无线传感器网络（无线传感器网络），为类移动特设网络（MANE）T ，是无线网络组成的空间分布的大量的传感器节点合作监测身体或环境条件，如温度，压力，振动，声音，运动或污染物。传统的自组织网络，一般来说，不可能更换或充电电池。因此，节约能源是一个关键因素研究。严重的硬件和能源限制排除使用开发的协议支持，这相对拥有更多的资源。严格要求，无线传感器网络协议是尽可能多的节能。 1传输功率控制 传输功率控制（台电）技术提高网络性能的几个方面。首先，功率控制技术提高可靠性的一个环节。在检测到链路可靠性低于某个阈值时，该协议增加发射功率，提高成功的概率的数据传输。其次，只有节点必须共享相同的空间将争夺访问中，减少了大量的碰撞中的网络。这提高网络利用率，降低了延迟时间和降低了概率的隐藏终端和暴露。最后，使用较高的传输功率，可以使用物理层调制和编码方案与更高的比特/ 波特比，增加带宽的存在工作量繁重，或减少它最大限度地节约能源。能源效率是最重要的一个问题，碰撞是第一个源能源浪费。当数据包传输在同一时间和碰撞，他们成为损坏，必须丢弃。后续重发消耗能量得到。另一个来源是空闲侦听，它发生在电台收听到信道接收数据。许多协议总是听通道激活

时，假设完全断电装置将由用户如果没有 数据发送。三分之一个来源是无意中听到的，听到不必要的交通可以是一个主导因素，能源浪费，当网络负载较重时，节点密度高。最后，我们考虑的主要来源是控制包开销。发送，接收，和听力控制数据包消耗能量。已经发现，传感器节点消耗很大比例的能源多余的遥感和空闲侦听。研究人员提出将传感器和/ 或无线传感器节点睡眠（他们）以节约能源。任务调度时，该传感器和/ 或收音机需要在睡眠/主动模式被称为睡眠调度。传感器睡觉会导致有趣的事件被错过的网络或可能导致较低的数据质量检测。无线电睡觉可能导致通信时延的网络。 2不同的算法介绍基于位置的系统解决的问题是分配发送功率值独立代理节点在无线传感器网络，该网络连接。这些功率值对应的距离上可以进行交流，从而确定节点的数目与一种特定的节点可以直接沟通。在下面，五个不同位置的所有算法的介绍，分为三种类型根据规模节点的位置信息来分配功率值在无线传感器网络。1）non-tpc 档案（固定的传输功率）是最简单的算法，这是分配一个任意选择的传输功率水平，所有传感器节点，就像它会做的生产时间的传感器，没有权力控制在所有；2）global-tpc 金属（对等传输功率）。对等传输功率（塑料）算法还指定一个均匀的所有节点，而选择最小值，确保完全连接网络这一特

无线传感器网络安全技术

无线传感器网络安全技术Last revision on 21 December 2020

无线传感网络设计报告 题目无线传感器网络安全设计 报告人 指导老师 二○一六年十二月 无线传感器网络安全技术 摘要：针对目前库在未来的几十年里，传感器网络作为首要的技术的出现给许多研究拘束人员带来了很多挑战。这些传感器网络由大量的同质节点，这些节点可以用来限制计算机的资源。现实生活中的很多应用在传感器网络的研究文献中被提出来。当传感器网络部署在一个意想不到的或敌对的环境中，安全问题成为一个重要的关注点，因为这些安全问题都来自不同类型的恶意攻击。在本文中，我们目前的关于无线传感器网络安全问题的调查、网络受到的攻击还有相应的对策以及对未来工作范围的都有了很好结论和概述。 关键字：无线传感器网络；安全；威胁；危险 1 引言 传感器网络监控物理或环境条件如温度、声音、压力、湿度等。传感器网络由大量的低功率、低成本的智能设备与极端的资源约束。每个设备是称为传感器节点,每个节点连接到一个有时几个传感器节点。它具有无线通信的能力和一些情报信号处理和数据网络。这些传感器节点通常是在各种随机方向地区收集数据、过程数据并将其传递给中央节点进行进一步处理。每个传感器节点由三个子系统组成:传感器子系统、处理子系统和通信子系统。传感器子系统用于传感环境。处理子系统用于执行当前计算数据感知和负责通信子系统与邻近的传感器节点的信息交换。 传感器网络在许多应用程序中使用。这些应用程序包括：

1)军事应用,如监测出对方是否是友好的和设备、军事影院或战场监测、核、生物和化学攻击检测。 2)环境应用程序等小气候、森林火灾探测、精确农业和洪水检测。 3)应用程序,如跟踪和健康监控，医生对在医院的病人进行药物生理数据的管理、远程监控。 4)家庭应用,如食品自动化的环境,自动抄表等。 5)环境等商业应用控制在工业办公楼和车辆跟踪和检测、库存控制、交通流监测 [1]。 2 传感器节点的体系结构 传感器节点是无线传感器的重要组成部分。通过网络可以收集传感器和执行一些计算的信息和其他结果网络中连接节点沟通。 图1:传感器节点的体系结构 传感器节点由以下部分组成: a:控制器 它是传感器节点的大脑。它的功能是控制其它部分的传感器节点。它能够处理数据执行任务。由于其低成本,灵活地连接到其他设备,方便编程和低功耗主要在传感器微控制器作为控制器比通用微控制器节点(数字信号桌面处理器,处理器)。 b .收发器 无线传输介质可以像无线电频率(RF),光学(激光)和红外通信以不同的方式。激光有优势它只需要更少的能量,但主要缺点是它大气状况更为敏感。红外是也是一个不错的选择,但它广播有限能力。所以大部分的基础是基于射频通信。收发器的主要功能能够作为发射机和接收机。 c .外部存储器 由于成本和存储容量,使用闪存。 d .电源 电源是最重要的一个单位例如单电池可能是有限的。有些支持清除设备(如太阳能电池)。 e .传感器 任何物理变化条件下,传感器硬件设备产生可测量的数据。他们通过这可测量的数据来进行ADC模拟信号的形式然后将ADC转换成数字形式。ADC传递单片机和数字形式的数据单片机处理数据和执行一些的任务。 3 无线传感器网络的安全要求

磁敏传感器元件及其工业应用-中国仪器仪表行业协会

磁敏传感器/元件及其工业应用 徐开先，李洪儒 沈阳仪表科学研究院 1磁敏元件概述 随着科学技术水平的不断提高，磁敏元件在信息产业、工业自动化、能源电力、交通运输、电力电子技术、家用电器、医疗设备等行业得到了快速普及和发展，特别是在测量和控制领域已经越来越成为不可或缺的产品。 1.1定义 磁敏元件是对磁信号或者是对能够转变为磁信号的那些信号参数敏感的元件，具有把磁学物理量转换为电信号的功能。 1.2磁敏元件分类 目前所能制造的磁敏元件从材料、结构、原理等角度综合考虑，大致可分为以下类别： 通过磁敏元件制成的传感器可以检测很多物理量，例如：速度、角速度、线性位置、线性角度、位移、振动、力、压力、转速、加速度、流量、电流、电压、电功率等。它不仅可实现非接触测量，而且不从磁场中获取能量。 磁敏元件的优点是结构简单，体积小，易于集成化，耐冲击，频响宽（从直流到微波），动态范围大，而且可以实现无接触检测，不存在磨损，抗污染，不产生火花，使用安全，寿命长，在测量技术、自动控制和信息处理等方面有着广泛的应用。 1.3磁敏元件的国内现状及发展趋势 国内的磁敏元件经过三十余年的发展，从目前的研究与开发情况看，除巨磁阻器件还存有差距以外，常用的其它磁敏器件如霍尔元件，霍尔集成开关、磁阻元件等在技术水平上已经基本与国外同类产品相当。国内的磁敏元件主要生产厂商有中科院半导体所，沈阳仪表科学研究院，南京中旭微电子公司等单位。但限于生产规模和成本，市场上大量销售和使用的依然是国外进口产品，主要生产厂家有日本索尼、东芝、旭化成、美国霍尼韦尔、Allegro 、荷兰菲利普等。国内的产品与国外的产品相比差距主要体现在： a.生产规模小，成本高。 b.部分元件的稳定性、可靠性差。 c.实际应用且具有一定规模的领域少。 d.科研成果转化慢，生产条件配套性差，缺少资金投入。 2 几种典型的磁敏元件 2.1霍尔元件 霍尔元件是根据霍尔效应原理制造的一种磁测量器件。霍尔元件在制作工艺上可以分为单晶型和薄膜型两种。在霍尔元件的制造材料上分，主要有InSb 元件、GaAs 元件和Si 霍尔元件。InSb 霍尔元件目前能占到霍尔元件全部市场份额的70％~80％，其他材料的霍尔元件只占市场的很少部分。霍尔元件是半导体磁敏传感器中最成熟和用量最大的产品。 磁 敏元件 半导体磁 敏元器件 硅集成霍尔元器件 金属及其合金磁敏元器件 分立元件 Z 效应频率输出磁敏器件：Si 磁控可控硅：Si 磁敏三极管：Si 磁敏二极管：Ge 、Si 结型元件 电磁感应线圈 强磁体磁阻元件 超导量子干涉器件 威根德器件 霍尔元件：Ge 、Si 、InAs 、GaAs 、InSb 磁阻元件：InSb 、InSb/NiSb 体型元件 （含薄膜元件） 开关型集成霍尔器件 线性集成霍尔器件

传感器网络中的功率控制

https://www.wendangku.net/doc/ff11543023.html, 刘刚李志刚周兴社李士宁 （西北工业大学计算机学院，西安 710072） 摘要：功率控制是一个跨层的技术，它不仅能够提高网络层、MAC层和物理层的性能，同时还能提高各层的能量效率。针对传感器网络的特点，本文提出了一种基于节点度数的能源敏感功率控制算法，根据最佳节点度数和节点剩余能量选择合适的发生功率，在保证网络连通性前提下，通过调节功率提高资源利用率，延长网络的生命期。 关键词：传感器网络，功率控制，节点度数 中图法分类号：TP393 文献标识码：A Power Control in Wireless Sensor Networks Liu Gang, Li Zhigang, Zhou Xingshe, Li Shining （School of Computer, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072） Abstract: The problem of power control in wireless sensor networks is important for network connectivity and lifetime. This paper analyzes how the power control technology affects the performance of network layer, MAC layer and physical layer. Then an energy aware degree-based power control protocol is presented in this paper. Compared to traditional protocol, our protocol can improve energy efficiency and prolong network lifetime significantly. Key Words: Wireless Sensor Network, Power Control, Node Degree 1.引言 功率控制是一个典型的跨层设计问题，它不仅可以减少物理层信号间的干扰、提高信号的传输质量和频谱空间的复用度，而且由于节点的发射功率大小决定了其邻居节点的数量、网络的连通性等，它还对MAC层和网络层的性能产生影响。通常功率控制技术都是在和物理层的干扰抑制技术、MAC层的调度机制、网络层的路由算法结合考虑的。 传感器节点大部分由电池供电，但电池的功率是一个有限的资源，而电池技术不可能像计算和通讯技术那样迅速发展，所以如何延长电池的使用寿命就变得非常重要。因此功率控制是传感器网络中的一个关键问题。在传统的蜂窝网以及某些Ad hoc网络中，功率控制技术能够克服远近效应问题，消除干扰，提高信道的空间复用度，最终目的是为了提高系统的容量。而无线传感器网络的功率控制技术是在不牺牲系统性能的前提下，尽可能地降低节点的发射功率，从而降低节点的能耗，提高网络的生存时间和系统的能量效率。 传感器网络是一种多跳无线网络，不像无线蜂窝网有一个基站用来发送和接收数据，节点共享一个无线的信道，互相不干扰的节点对可以同时传输。在无线蜂窝网中，功率控制可以根据全局的信息得出一个最优化的结果，但传感器网络是一个无任何基础设施，没有集中管理机构的无线多跳网络，各个节点的功率控制问题必须依据局部的信息做出决定。 2. 相关工作 在无线传感器网络的数据传输过程中，往往采用多跳的通讯方式。在接收端接收灵敏度一定的条件下，发送端无线射频的发射能量与传输距离的а次方（а≥2）成正比，显然对于同样的传输距离，采用多跳路径所消耗的能量比单挑路径少。所以为了提高系统的能量效

无线传感器网络安全问题分析与研究.

无线传感器网络安全问题分析与研究 于立娟 桂林电子科技大学信息与通信学院广西 541004 摘要:本文首先介绍了无线传感器网络的安全需求,分析了它可能受到的攻击类型,然后,通过对现有多种传感器网络安全方案对比,分析了单一层次安全方案存在的局限性及对策,并指出采用跨层设计思想、综合考虑网络协议栈多个层次安全问题的安全方案设计将成为一个重要研究方向。 关键词:无线传感器网络;安全;跨层设计 0 引言 微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。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组成,通过无线通信方式形成的多跳自组织网络系统。它广泛的应用于军事、工农业、商业、环境科学等众多领域。其中很多应用均对安全性提出要求,安全问题已成为无线传感器网络迈向实际应用的主要障碍之一,引起了国内外研究人员的广泛关注。如何在节点计算速度、电源能量、通信能力和存储空间非常有限的情况下,通过设计安全机制,提供机密性保护和身份认证功能,防止各种恶意攻击,为传感器网络创造一个相对安全的工作环境,是一个关系到传感器网络能否真正走向实用的关键性问题。 本文介绍了无线传感器网络的安全需求,分析了无线传感器网络可能受到的各种攻击类型,并通过对现有传感器网络安全方案归纳总结和对比分析,指出采用跨层

设计思想、整体考虑网络协议栈各个层次的安全问题将成为无线传感器网络安全方案的发展方向。 1 无线传感器网络安全需求 传感器网络具有通信能力有限、电源能量有限、计算速度和存储空间有限、传感器节点配置密集和网络拓扑结构灵活多变等特点,其网络节点与网络自身条件的限制对安全方案的设计提出了一系列挑战。一种比较完善的无线传感器网络解决方案应具备如下特征: (1机密性:所有敏感数据在存储和传输的过程中都要保证其机密性,禁止非授权节点知晓数据包消息内容,且因密钥泄露造成的影响应当尽可能控制在一个小的范围内,使得一个密钥的泄露不至于影响整个网络的安全。 (2完整性:在通信过程中,保证接收者收到的信息在传输过程中没有被恶意篡改或替换。 (3新鲜性:数据本身具有时效性,网络节点能够判断最新接收到的数据包是发送者最新产生的数据包。为防止攻击者进行任何形式的重放攻击,必须保证每条消息是新鲜的。 (4真实性:保证接收者收到的信息来自己方节点而非入侵节点。接收者只有通过数据源认证才能确信消息是从正确的节点处发送过来的。 (5语义安全性:即使攻击者得到同一个数据包的多个密文,也无法得到明文而获取数据包的确切信息。 (6扩展性:传感器网络的可扩展性表现在传感器数量、网络覆盖区域、生命周期、时间延迟、感知精度等方面的可扩展极限。 (7可用性:传感器网络的安全解决方案所提供的各种服务能够被授权用户使用,并能够有效防止非法攻击者企图中断传感器网络服务的恶意攻击。

无线传感器网络安全技术

无线传感网络设计报告题目无线传感器网络安全设计 报告 人 指导 老师

二○一六年十二月 无线传感器网络安全技术 摘要：针对目前库在未来的几十年里，传感器网络作为首要的技术的出现给许多研究拘束人员带来了很多挑战。这些传感器网络由大量的同质节点，这些节点可以用来限制计算机的资源。现实生活中的很多应用在传感器网络的研究文献中被提出来。当传感器网络部署在一个意想不到的或敌对的环境中，安全问题成为一个重要的关注点，因为这些安全问题都来自不同类型的恶意攻击。在本文中，我们目前的关于无线传感器网络安全问题的调查、网络受到的攻击还有相应的对策以及对未来工作范围的都有了很好结论和概述。 关键字：无线传感器网络；安全；威胁；危险 1 引言 传感器网络监控物理或环境条件如温度、声音、压力、湿度等。传感器网络由大量的低功率、低成本的智能设备与极端的资源约束。每个设备是称为传感器节点,每个节点连接到一个有时几个传感器节点。它具有无线通信的能力和一些情报信号处理和数据网络。这些传感器节点通常是在各种随机方向地区收集数据、过程数据并将其传递给中央节点进行进一步处理。每个传感器节点由三个子系统组成:传感器子系统、处理子系统和通信子系统。传感器子系统用于传感环境。处理子系统用于执行当前计算数据感知和负责通信子系统与邻近的传感器节点的信息交换。 传感器网络在许多应用程序中使用。这些应用程序包括： 1)军事应用,如监测出对方是否是友好的和设备、军事影院或战场监测、核、生物和化学攻击检测。 2)环境应用程序等小气候、森林火灾探测、精确农业和洪水检测。 3)应用程序,如跟踪和健康监控，医生对在医院的病人进行药物生理数据的管理、远程监控。 4)家庭应用,如食品自动化的环境,自动抄表等。 5)环境等商业应用控制在工业办公楼和车辆跟踪和检测、库存控制、交通流监测[1]。 2 传感器节点的体系结构 传感器节点是无线传感器的重要组成部分。通过网络可以收集传感器和执行一些计算的信息和其

WG韦根传感器 零功耗磁敏传感器 替干簧管

WG系列韦根传感器 一、产品简介： 韦根传感器是利用韦根效应制成的一种新型无源磁敏器件。它无需外加工作电源便能将磁信号转变成电信号，因此它又被称为零功耗磁敏传感器。本公司开发的WG系列韦根传感器是由一根双稳态磁敏感功能合金丝和缠绕其外的感应线圈组成的。它的工作原理是：在交变磁场中，当平行于敏感丝的某极性（例如N极）磁场达到触发磁感应强度时，敏感丝中的磁畴受到激励会发生运动，磁化方向瞬间转向同一方向，同时在敏感丝周围空间磁场也发生瞬间变化，由此在感应线圈中感生出一个电脉冲。此后若该磁场减弱，敏感丝磁化方向将保持稳定不变，感应线圈也无电脉冲输出；但当相反极性（S极）磁场增强到触发磁感应强度时，敏感丝磁化方向又瞬间发生翻转，并在感应线圈中感生出一个方向相反的电脉冲。如此反复，WG系列韦根传感器便将交变磁场的磁信号转换成交变电信号。二、产品特点： ﹡韦根传感器为无源器件，工作时不需要外加工作电源。 ﹡磁极触发工作方式，触发磁场极性变化一周，韦根传感器同步输出一对正负脉冲信号，幅值大于1V；﹡输出信号幅值与磁场的变化速度无关，可实现“零速”传感。 ﹡无触点，耐腐蚀，防潮湿，使用寿命大于20亿次。 ﹡韦根输出信号可利用电话线、同轴线进行远传。 三、产品应用： ﹡为计数传感器，适用于微功耗智能型流量仪表，如电子水表、电子热量表、电子煤气表、电子油表 等。

五、产品分类命名： 传感器型号由前缀WG，三位阿拉伯数字、壹个拉丁字母和后缀三部分组成，如图1所示。 图1传感器命名 从“A”开始的拉丁字母，表示封装 阿拉伯数字，表示触发磁感应强称值

拉丁字母，表示零功耗磁敏传感器 注1：若产品封装形式无特指时，后缀可省略。 注2：前两位阿拉伯数字可用来代表产品系列号，泛指额定输出电压相同的产品。 注3：若仅为区分产品封装形式，可用拉丁字母简称为×形。 示例1：WG105A，“WG”表示零功耗磁敏传感器，“10”表示额定输出电压大于等于1V，“5”表示触发磁感应强度为5mT，“A”表示封装为A形。 示例2:WG100系列，代表WG101～WG109，指额定输出电压为1V的系列产品，封装形式无特指。 示例3：WG200A系列，代表WG101A～WG109A，指额定输出电压2V的系列产品，封装为A形。 八、磁路设计: 韦根传感器能否正常工作，关键在于磁路设计： 1、应使用N、S双磁极交替触发，两磁极间的距离要接近或大于传感器长度。例如在水表中可使用φ9.5 mm铁氧体磁环。亦可使用一对磁钢，两磁极之间距离一般不要小于9mm。 2、磁体安装位置应使得磁力线方向平行于传感器敏感丝（参见触发方式和安装方法）。 3、传感器敏感丝所处位置的触发磁感应强度应确保不小于最小值，而不宜大于最大值。要注意某些使用 场合（例如热量表）磁体的磁场强度会随环境温度的升高而衰减，旋转部件可能会因机械磨损而使得磁体与传感器之间的距离变远，因此初始设计时要将触发磁感应强度设定在略大于最佳值附近。

基于M_BUS的超低功耗数据采集系统

基于M BUS 的超低功耗数据采集系统 ■太原科技大学 刘立群　孙志毅 　摘　要 介绍一种基于超低功耗单片机的数据采集系统的设计与实现;具体阐述该系统的工作原理、主要特点、总 体设计、硬件电路和软件流程设计。该系统以TI 公司的16位Flash 型MSP430Fx44x 系列单片机为核心,以根据韦根德效应制成的零功耗磁敏传感器作为采集前端,选用M BUS 总线进行数据传输,适用于远传抄表的数据采集。 　关键词 超低功耗　数据采集　单片机　M BUS 总线 引　言 随着社会的迅速发展,智能小区逐渐进入人们的生活,而自动抄表系统是智能小区的重要功能之一。在水、 电、气管理方面,采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,减少因估计或誊写而造成帐单出错的现象,使水、电、气管理部门能及时准确获得数据信息。另外用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间,还能迅速查询帐单,所以这种技术越来越受到用户欢迎。 针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状,设计一种由零功耗磁敏传感器产生脉冲信号,利用MSP430系列超低功耗单片机的捕获功能捕获信号的数据采集系统。该采集系统价格相对低廉,性能可靠,适用于水、煤气、电表的远传采集;数据传输总线选用M BUS ,传输速度快、距离远、可靠性高。 1　工作原理 该数据采集系统是对传统电表、水表、气表抄表系统加以改进,使其适合远传抄表。以普通的煤气表为例,选择在基表最后一级齿轮处加一磁铁(不算显示部分的逐级传递齿轮)。该级齿轮每转1圈,都要拨动显示部分的逐级传递齿轮8次,而每拨1次是0.001m 3,所以,该级齿轮每转1圈,共计0.008m 3的煤气。也就是最后一级齿轮每转125圈,即拨动显示部分的逐级传递齿轮1000次,煤气表的显示部分的计数为1m 3。而当小磁铁经过零功耗磁敏传感器表面时产生脉冲信号,利用MSP430单片机的捕获功能捕获到信号,引起中断,数据存储区地址1自加 1;若加到150,地址2自加1,地址1清零。存储区地址2 中的数据就是煤气表基表的数据。当总线要求单片机传 输数据时,单片机先确定是否可以传输数据。若可以,将地址2中的数据写入发送缓存,一位位地将数据发送出去;若不可以,等单片机空闲时再发送数据。 2　主要特点 该数据采集系统主要具有以下特点: ①采用零功耗磁敏传感器作为采集前端,工作时无须使用外加电源,且无触点、耐腐蚀、防水,寿命很长。 ②采用MSP430系列单片机中的MSP430F449作为数据处理芯片,性能优良,价格低廉。 ③采用M BUS (Meter BUS )总线进行数据传输,传输距离远,速度快,可靠性高。 ④采集电路功耗很低,可采用锂电池供电或采用M BUS 总线供电。 3　数据采集系统的软硬件设计 3.1　设备选型 选用的TI 公司16位Flash 型MSP430系列超低功耗类型的单片机,特别适合于电池应用的场合或手持设备。在超低功耗方面,该单片机能够实现在1.8～3.6V 电压、1M Hz 的时钟条件下,耗电电流在0.1～400μA 之间;在片内外设方面,含有P0～P6七个I/O 口、2个定时器(Timer _A 、Timer _B )、1个看门狗、内部集成2K B 的ROM 和60K B 的RAM ,可10万次重复编程;MSP430系列单片机均为工业级的产品,运行环境温度为-40～+85℃;在价格方面,MSP430系列单片机一般只有几十元。总之,MSP430系列单片机的性价比不错,完全能够满足系统开发的需要。

磁敏传感器的国内外现状及发展趋势

磁敏传感器的国内外现状及发展趋势The Current Situation And Tendency of Magnetic Sensor at Home and Aboard

摘要 传感器是各种仪器仪表和自动化设备的基础，尤其在当今以计算机为标志的信息社会中，传感器技术更承担着获取信息的重要任务。各种各样的磁场传感器都是为不同的磁场测量目的而设计的。磁敏传感器是将磁场信息转换成各种有用信号的装置。它是各种磁测仪器的核心。本文主要评述磁敏传感器产业的现状及可能形成产业化生产和产业性应用的磁敏传感器的发展趋势。 关键词：磁敏传感器；霍尔元件；磁场检验；产业化

Abstract Sensor is various instruments and automation equipment foundation, especially in today's computer in the information society marked more bearing, the sensor technology is an important task of obtaining information. Various magnetic field sensors for different magnetic field measurement is designed. Magnetic sensor is converted into various magnetic field information useful signal devices. It is the core of various magnetic measurement instrument.This paper summarizes the present situation of magnetic sensor industry production and industrialization and possible ChanYeXing application of the development trend of magnetic sensors Keywords：magnetic sensor, hall element, magnetic inspection, industrialization

磁敏传感器

磁敏传感器 姓名：专业班级：学号： 摘要 磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器件。磁敏传感器一般被用来检测磁场的存在、变化、方向以及磁场强弱，以及可引起的磁场变化物理量。目前的传感器的品种很多，例如霍尔器件，磁敏二极管、三极管，半导体型磁敏电阻器件，以及AMR、GMR磁敏传感器，GMI（巨磁阻抗）传感器等。一．国外现状 1．国外磁传感器的常见种类 就市场占有情况来看，国外磁敏传感器主要品种依然是霍尔元件、磁阻元件。近期的巨磁阻元件也有良好的发展空间。 2．外磁传感器的代表厂商： 霍尔元件：日本旭化成；日本东芝；美国Honeywell公司；美国Allogro公司。 磁阻器件：日本SONY公司；荷兰PHILIPS公司。 3．国外磁传感器的应用情况 磁敏传感器应用的最大特点是无接触测量。 霍尔元件： 磁场测量，做高斯计（特斯拉计）的检测探头。 电流检测，做电流传感器/变送器的一次元件。 直流无刷电机，用于检测转子位置并提供激励信号。 集成开关型霍尔器件的转速/转数测量。 强磁体薄膜磁阻器件： 位移传感器，主要有磁尺的线性长距离位移测量。 角位移传感器，主要用语转动角度测量，广泛应用于汽车制造业。 脉冲发讯传感器，主要用于流量检测和转速/转数测量。 半导体磁阻器件： 主要是InSb磁阻器件。 微弱磁场检测，主要用于伪钞识别。 脉冲测量，主要用于转速/转数测量。 国内现状 国内磁传感器的常见种类及其特点 目前国内磁敏传感器经过三十余年的发展，就基础器件的研究与开发情况，除巨磁阻期间存有差距以外，常用其他磁敏传感器如霍尔元件，磁阻元件等已经与国外同类产品的水平相当。市场上应用的国产磁敏传感器件的种类也与国外产品相当，依然是霍尔元件、磁阻元件。 国内磁传感器件代表厂商 霍尔元件：中科院半导体所，沈阳仪表科学研究院，南京中旭微电子公司。 磁阻器件：沈阳仪表科学研究院（汇博思宾尼斯公司） 国内磁传感器的应用情况 电流传感器：国内包括沈阳仪表科学研究院（思宾尼斯公司）、西南自动化所等二、三十家大小不同的企业在生产和销售电流传感器/变送器，其市场竞争已经白热化。该领域是国内磁敏传感器应用最早、最普及、最成熟的领域。

磁敏传感器国内外概况及其应用

磁敏传感器国内外概况及其应用 2006-4-12 9:40:05 “磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部分，随着我国磁敏传感器技术的发展，其产品种类和质量将会得到进一步发展和提高，进军汽车、民用仪表等这些量大面广的应用领域即将实现。国产的电流传感器、高斯计等产品日前已经开始走入国际市场，与国外产品的差距正在快速缩小。”在2006中国东北第九届国际工业博览会同期举办的自动化学会研讨会上，来自沈阳仪表科学研究院的孙仁涛教授，为前来参展的观众做了有关磁敏传感器国内外概况及其应用的介绍，可谓一场磁敏传感器技术的学术交流大会。 沈阳仪表科学研究院孙仁涛教授 会议现场 一、磁敏传感器的发展特点 1．集成电路技术的应用。将硅集成电路技术应用于磁敏传感器，制成集成磁敏传感器。 2．InSb薄膜技术的开发成功，使得霍尔器件产能剧增，成本大幅度下降。 3．强磁体合金薄膜得到广泛应用。各种磁阻器件出现，应用领域广泛。 4．巨磁电阻多层薄膜的研究与开发。新器件的高灵敏度、高稳定性，引起研制高密度记录磁盘读出头的科技人员的极大关注。 5．非晶合金材料的应用。与基础器件配套应用，大大改善了磁传感器性能。 6．Ⅲ—V族半导体异质结构材料的开发和应用。通过外延技术，形成异质结构，提高磁敏器件的性能。 二、国外磁敏传感器的现状 1．国外磁传感器的常见种类 就市场占有情况来看，国外磁敏传感器主要品种依然是霍尔元件、磁阻元件。近期的巨磁阻元件也有良好的发展空间。 2．外磁传感器的代表厂商： ·霍尔元件：日本旭化成；日本东芝；美国Honeywell公司；美国Allogro公司。 ·磁阻器件：日本SONY公司；荷兰PHILIPS公司。 3．国外磁传感器的应用情况 磁敏传感器应用的最大特点是无接触测量。 ·霍尔元件： 磁场测量，做高斯计（特斯拉计）的检测探头。 电流检测，做电流传感器/变送器的一次元件。 直流无刷电机，用于检测转子位置并提供激励信号。 集成开关型霍尔器件的转速/转数测量。 ·强磁体薄膜磁阻器件： 位移传感器，主要有磁尺的线性长距离位移测量。

磁敏传感器及其应用)

磁敏传感器及其应用 磁敏传感器，顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件，特点正是无须在线圈中通电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。如探雷器，金属异物探测器，测磁通的磁通计等. (磁通门，振动样品磁强计)。 二, 霍尔传感器 霍尔传感器是依据霍尔效应制成的器件。 霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向,由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差，在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显着。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度,在材料方面半导体IIIV 元素族都有所应用。近年来，除Insb之外，有硅衬底的，也有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在2~10mA左右，一般采用恒流供电法。硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2 mA。作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。（因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。另外，目前的传感器对温度很敏感，通的电流大了，有一个自身加热问题。（温升）就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。 霍尔传感器主要有两大类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式（品种）及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。三，磁阻传感器 磁阻传感器，磁敏二极管等是继霍尔传感器后派生出的另一种磁敏传感器。采用的半导体材料于霍尔大体相同。但这种传感器对磁场的作用机理不同，传感器内载流子运动方向与被检磁场在一平面内。（顺便提醒一点，霍尔效应于磁阻效应是并存的。在制造霍尔器件时应努力减少磁阻效应的影响，而制造磁阻器件时努力避免霍尔效应（在计算公式中，互为非线性项）。在磁阻器件应用中，温度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制备方面，磁阻器件由于与霍尔不同，因此，早期的产品为单只磁敏电阻。由于温度漂移大，现在多制成单臂（两只磁敏电阻串联）主要是为补偿温度漂移。目前也有全桥产品，但用法（目的）与霍尔器件略有差异。据报导磁阻器件的响应速度同霍尔1uS量级。