传感器应用设计工程师面临的挑战

2023-07-12

无线传感器网络面临的挑战有哪些

无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN),并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革,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,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

信息安全
很显然,现有的传宽或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。
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,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。[6]
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,即使攻击者捕获拿棚了一个通信节点,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。
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。
对消巧则策: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)
专门的拓扑维护技术研究还比较少,但相关研究结果表明优化的拓扑维护能有效地节省能量并延长网络生命周期,同时保持网络的基本属性覆盖或连通。本节中,根据拓扑维护决策器所选维护策略

  在无线传感器网络的研究中,能效问题一直是热点问题。当前的处理器以及无线传输装置依然存在向微型化发展的空间,但在无线网络中需要数量更多的传感器,种类也要求多样化,将它们进行链接,这样会导致耗电量的加大。如何提高网络性能,延长其使用寿命,将不准确性误差控制在最小将是下一步研究的问题。
采集与管理数据

  在今后,无线传感器网络接收的数据量将会越来越大,但是当前的使用模式对于数量庞大的数据的管理和使用能力有限。如何进一步加快其时空数据处理和管理的能力,开发出新的模式将是非常有必要的。
无线通讯的标准问题

  标准的不统一会给无线传感器网络的发展带来障碍,在接下来的发展中,要开发出无线通讯标准。

本人要考大学了,

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传感器种类繁多,涉及光学、机械、电子、计算机等多个领360问答域,本科阶段关系最密切的专业有:测控技术、精密仪器、机电工程(自动化)等,其中测控技术专业有两个大的分支,飞罗据八论践所名称一致,但有的大学是偏电控的,有的大学是偏向机械类的,你加映用永同聚须不可以看该专业所在学画吧心毫鲁院名称即可判断,然后根据自己的编皇喜好具体选择!

其实传感器应用属于工科院校的专业基础课,在测控、自动化、精密仪器专业都是必须学的,只不过是倾向性稍不同而已染划!只要电学基础学得好,搞应用都没问题,所以可以根据自己的成绩优选大学,再选具体专业即可,因为许多重点大学招生时都是按照去乙大类招生,大一结束才选具体专业

个人意见,仅供参考!

胎压传感器有电池吗

胎压传感器可以10年不换电池。如若要更换,则需要整个置换,不可以单独换电池。

直接式胎压监测系统TPMS的构成和工作原理

美国新颁布的公路安全法规,使胎压监测系统(TPMS)一跃而成汽车行业发展最为迅猛的领域。2005年4月,美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)发布的最终规定要求,总重在4563公斤或以下的车辆(单轴双轮的车辆除外)都需要安装一套TPMS。到2007年9月1日,所有生产商生产的轻型车辆都必须符合该标准要求。美国每年大约生产1700万辆车,这为TPMS创造了一个飞速增长的市场。据估计,到2008年,TPMS在全球车市的渗透率将超过30%。
值得注意的是,这个法规在技术上对直接和间接系统的态度保持中立。但市场研究机构Strategy Analytics的预测表明,直接系统技术将成为主流技术,2008年后所占份额将超过95%。直接TPMS在每个轮胎内都设有胎压传感器,这些传感器通过射频(RF)信号将压力和其他信息传送到中央接收器里。而间接TPMS没有压力传感器,需要依靠ABS系统内的速度传感器来侦测和比较轮胎转速的不同。直接TPMS成本虽然更高,但是该系统有显著的性能优势,例如具有更高灵敏度,并能够实现零速度测量和多轮胎亏气情况探测。
本文把重点放在直接TPMS上,并将讨论工程师们面临的设计挑战,主要包括组件选择、功耗管理、介质兼容性、系统成本以及RF设计。
组件选择
TPMS的轮胎模块包含的组件有MEMS压力传感器、温度传感器、电压传感器、加速计、微控器、RF电路、天线、LF接口、振荡器和电池。汽车制造商要求直接TPMS的电池能维持十年以上。电池的运行温度必须为-40°C到125°C,重量轻、体积小并且电量要大。由于这些限制,电池往往选择的是钮扣式电池而不是大号电池。新型纽扣电池能达到标准的550mAh电力,重量仅有6.8克。 除电池外,要达到十年以上的操作寿命,组件必须在低功耗的同时具有集成功能。这类集成产品将压力传感器、温度传感器、电压传感器、加速计、LF接口、微控器和振荡器集成为一个部件。完整的轮胎模块系统仅有三大组件——SP30、RF发射器芯片(如英飞凌的TDK510xF)和电池。
功耗管理
当模块上市后,更换电池是不现实的。由于这一限制,功耗管理对设计工程师来说就显得尤为重要了。减少功耗有4种方法。其中之一,就是上述的选择低功耗组件并使用具有集成功能的组件来减少组件数量。 第二个方法就是利用软件。高效算法可调节发射和测量频率。在软件设计的时候,高效算法可能要考虑这些问题:数据发射和测量的频率是多少?发送重复数据是否必要?系统显示模式是什么?RF发射的功耗最大,延长发射间隔、减少计算次数和重复数据发送自然会延长电池的寿命。但是,我们必须在所有这些因素以及数据可靠性和用户及时获取信息之间实现平衡。 第三个降低功耗的方法是利用拥有内置加速计(如SP30)的传感器来侦测车轮的运转。当车辆处于停车状态时,TPMS可以停止运行以节省电量。多数情况下,车辆处于停车状态时间比真正行驶时间要长得多。因此这种方法可以大幅度节省电量。 运用低频(LF)接口也是一种降低功耗的方法。通过低频接口,中央接收器模块可以给始终处于待机模式的轮胎模块发送指令和数据。只有接收到“唤醒”信号后,轮胎模块才会进行测量和发送数据。这样,轮胎模块的电池寿命可以大大延长。除了省电外,低频接口还带来了灵活设计和额外功能。例如,轮胎更换后,低频通信可以让系统进行自动轮胎识别。SP30带有低频输入接口,可解决这个设计难题。
介质兼容性
传感器的介质兼容性和可靠性对TPMS而言至关重要。如果没有这些关键特性,整个系统的精确性和可靠性将成问题。轮胎模块是置于轮胎内部的,因此电子组件面对的是轮胎内部的恶劣环境。电子组件将工作在-40°C到125°C的温度范围内,并将面对潮湿、灰尘和刹车油等其他介质的侵袭。介质兼容性确保传感器能得到全面保护。TPMS的传感器特别容易被腐蚀,因为它的压力进口必须与空气接触才能监测周围的压力。 传感组件是一个三层堆叠模块(玻璃-硅-玻璃)。绝对压力参考值是由顶层玻璃里的真空腔得出的。因为压力进口朝向硅层的背面,所以传感组件有很好的介质兼容性。利用这种获得专利的三层堆叠技术,传感器(如SP30)获得了非常好的介质兼容性。
系统成本
这个由接收器模块和四个轮胎模块组成的系统要在商业上获得成功,系统成本起着很重要的作用。好的解决方案使用拥有集成功能的组件以实现组件数量、运行功耗和PCB尺寸的减少,最终实现降低系统成本。让TPMS和无钥进入(RKE)接收器共享同一平台也可以降低系统成本。但是,这在商业上并不是始终可行的。
RF设计
第一代TPMS的发射器芯片设计运用的是ASK调制技术,通过SAW共振器产生合适的发射频率。这样的ASK系统非常便宜,但是载有发射器的车轮转动会导致接收场强发生变化。 为此,目前的TPMS在晶体振荡器和PLL合成器的基础上运用FSK调制方式来产生中心频率和频率牵引。在许多OEM应用中,FSK即使在轮子高速运转时都能提供可靠的RF通信。

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