绪论
1.1课题背景及研究意义
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN)被称为全球未来的三大高科技产业之一，它是传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算机技术和网络技术等相互融合、相互交叉的复合型产物。WSN的出现和应用，拓展了人类信息获取能力，带动了相关学科和产业的发展，将会进一步促进经济发展和影响人类生产生活。美国的《前沿技术》杂志将WSN列为未来新兴十大技术的第一项[1]，《商业周刊》也将WSN列入未来四大新技术之一[2]。随着传感器技术本身的不断发展、深化和交叉，从原先单一的敏感元件发展到混合集成传感器、智能传感器、WSN等，正朝着无所不在的信息获取技术方向迈进。
WSN是传感器技术的进一步延伸、它获取信息能力更强大，应用领域更宽广。在瞬息万变的信息化战场上，需要一种无线移动通信系统，能够无中心、分布式控制、多跳速临时组网。WSN的各传感器节点价格低、体积小，可自组织网络/不需要架设网络设施、具有容错性强、易隐蔽、抗毁能力强等特点，是信息化战场无线数据通信的首选技术，是军队侦察监测的重要技术手段之一，受到许多发达国家的高度重视，在军事领域的应用非常广泛。我国有数万公里的边境线，近二分之一的地区环境恶劣，不适于人类生产生活，有的甚至是“生命禁区”，边境管控难度非常大，本文提出将基于WSN的边防预警系统应用于边境管控中，通过在边防线上的铺设无线传感器，在有入侵行为时能够实现准确安全定位并及时报告，迅速做出防范措施，进一步提高边境管控效益，实现由人力控边向科技控边的转变。
1.2无线传感器网络概述
所谓WSN是指由在待监测区域内部署的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通信协议进行数据通信的多跳自组织的网络系统[3]。该系统主要由传感器、观察者和感知对象三个部分构成，其作用是釆集、处理传感器网络覆盖区域中需要观测对象的关键指标、数据等，并通过WSN反馈给观察者，使得观察者能够实时的观测数据，及时对感知对象进行管理和控制[4H_
。1.2.1无线传感器网络体系结构
以基于WSN的军队边防预警系统为例，构建传感器网络体系结构如图1.1所示，该系统由传感器节点、汇聚节点和用户终端组成。大量传感器节点部署在边境线周围，它们会通过自组织方式构成网络，传感器节点监测到关于边境环境变化的数据后沿着其他节点逐跳地进行传输，在传输过程中节点监测的信息会被其他节点处理，经过单跳或者多跳路由到汇聚节点，汇聚节点通过主干网络将数据传送到用户终端进行配置和管理。
WSN除了在边境管控中应用外，在人类不能涉足的特殊区域应用空间也非常大，比如，核污染地区、敌战区以及容易遭受意外的区域诸如火山爆发、森林大火、洪水淹没等的地区。传感器节点结构如图1.2所示，该系统由四个模块通过微型嵌入式的方式构成，其中，传感器模块是主要负责信息的采集和数据转换，根据不同的需求可以配置相应模块；处理器模块主要负责处理传感器模块和存储采集的数据以及其它节点发来的信息，并对整个节点进行管控，它是该系统的中枢；无线通信模块主要负责数据交换和通信联络；能量供应模块主要是为以上三个模块提供能量供应[7]。1.2.2 WSN的特点
(1)以数据为中心。无线传感器的各节点位置是被随机部署的，节点编号和节点位置之间的关系始终处于动态变化之中，相互之间没有必然的联系。用户查询事件时直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的节点，网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。因此，WSN也被称之为以数据为中心的网络。
(2)分布密、规模大。一般情况，传感器节点部署的密度越高，监测到的数据就越准确，同时还可以增强系统的容错性能。加之，传感器节点价格低廉，为了获取比较准确的信息，观察者通常会大面积密集部署，数量一般都会达到几千甚至上万个，特殊情况还会更多。
(3)动态性。WSN是拓扑结构，受外界影响比较大，环境变化、能量供应不足等都会导致节点出现问题，这就要求传感器节点能够随着环境的变化而适时地调整自身的工作状态。
(4)自组性。WSN节点部署的随机性以及网络结构的动态变化性，决定了该系统必须具有很强的自组织能力，能够自主进行配置管理，并通过相关协议、机制自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统[8]。
(5)应用相关性。WSN是针对每一个具体应用进行研究的。不同的应用背景，WSN的硬件平台、软件系统和通信协议也不同。比如，监测边境地区人员活动情况，该区域主要部署声光和红外传感器节点。
总结
WSN是一门前沿科学，应用领域广阔。作者作为一名边防军人，感到WSN技术在边境管控中应用空间也非常大，这项技术在边境管理中推广应用后，既能减轻边防部队巡逻执勤的负担，又能够为我军科技控边提供技术支撑。
基于这方面的需求，本文首先介绍了 WSN在国内外的研究现状和典型应用，对WSN的自身定位系统和算法的分类进行了概述。对WSN环境下的节点定位问题、网络安全问题等关键技术所面临的挑战、存在的问题和已有的成果进行分析，在对现有的定位技术进行分类和比较的基础上，重点对与距离无关的定位算法中的DV-Hop算法进行深入研究，针对该算法的主要网络攻击——虫洞攻击，提出了改进方案，并运用MATLAB编程构建了仿真平台，釆用对比的方法对基本DV-Hop算法及改进的DV-HOP算法在网络定位覆盖率及定位误差方面进行比较。仿真结果表明，在网络规模一定的情况下，改进后的DV-HOP算法定位覆盖率能够达到90%，在不同锚节点数量时，定位误差率均低于基本的DV-HOP算法。
参考文献
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[2] 21 ideas for the 21st century.Business Week. Aug.30,1999.78-167.
[3] Esrin D，Govindan R，Heidemann J，Next century challenges: scalable coordination insensor networks [A], Proceedings of the Fifth Annual International Conference on MobileComputing and Networks(MobiCOM 99)[C]，Washington,US A, 1999,263-270.
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[9]王东安，张方舟，秦刚.无线传感器网络安全协议的研究.计算机工程.2005.11.
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