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基于分布式卡尔曼滤波器的分布式计算解决方案，用于基于 WSN 的水管道监测中的泄漏检测
摘要：无线传感器网络 (WSN) 应用更倾向于本地计算和更少通信，这有助于解决大多数集中式 WSN 应用的高功耗和性能问题。在本研究中，我们提出了一种完全分布式的解决方案，其中仅通过传感器节点与其近邻节点之间的本地协作来检测供水网络中的泄漏，而无需通过几跳到集中式融合中心进行长距离传输。一种完整的方法包括设计、仿真和物理测量，展示了如何通过分布式卡尔曼滤波器实现分布式计算来提高泄漏检测的准确性，并介绍了功耗。物理实现的结果表明，分布式数据融合提高了泄漏检测的准确性，同时保持了 WSN 的使用寿命。
解锁安全
无线传感器网络（WSN）在现代数据收集和监视应用程序中起着至关重要的作用，但是它们在挑战性的环境中的部署使他们面临安全威胁。安全密钥管理是确保WSN中交换数据的机密性，完整性和真实性的基本方面。本文介绍了WSN中安全关键管理的全面研究，重点是算法，协议，挑战和潜在的未来方向。本文以WSN的介绍开始，突出了它们的重要性和应用。然后，它讨论了安全密钥管理的重要性，强调了对机密性，数据完整性，身份验证和密钥撤销的需求。探索了密钥管理中的挑战，包括有限的资源，动态网络拓扑，可扩展性，键分布以及键撤销和更新。解释了用于关键管理的各种加密技术，例如对称密钥密码学，不对称的密钥加密和基于哈希的技术。本文深入研究了关键管理协议，包括LEAP，Spins，Tesla和Leap+，比较了其资源利用率，对攻击的抵抗力，可扩展性和易于实施。对这些协议的比较分析揭示了它们在不同情况下的优势和局限性。此外，本文重点介绍了安全的密钥管理中的未来方向，例如抵抗量子的密钥管理，能源效率的协议以及机器学习以进行优化和安全性。通过全面解决WSN中的安全密钥管理，本文为研究人员和实践者提供了有价值的洞察力，以设计强大而有效的
无线传感器网络概况
无线传感器网络 (WSN) 具有远程环境监测和目标跟踪等重要应用。这得益于近年来出现的更小、更便宜、更智能的传感器。这些传感器配备了无线接口，可以相互通信以形成网络。WSN 的设计在很大程度上取决于应用，必须考虑环境、应用的设计目标、成本、硬件和系统约束等因素。我们调查的目标是全面回顾自 [I.F. Akyildiz、W. Su、Y. Sankarasubramaniam、E. Cayirci，传感器网络调查，IEEE 通信杂志，2002] 出版以来的最新文献。按照自上而下的方法，我们概述了几个新的应用，然后回顾了有关 WSN 各个方面的文献。我们将问题分为三个不同的类别：（1）内部平台和底层操作系统，（2）通信协议栈，以及（3）网络服务、配置和部署。我们回顾了这三个类别的主要发展并概述了新的挑战。� 2008 Elsevier B.V. 保留所有权利。
无线传感器网络：技术路线图
无线传感器网络 (WSN) 已成为研究和开发的重要领域。尽管 WSN 尚处于起步阶段，但其影响预计将十分深远，从日常生活到环境、栖息地、农业、医疗保健、汽车、危险区域、灾害多发区、防御应用到行星探测的远程监控。此外，它们还可用于监控和控制。事实上，它们构成了无处不在的传感、通信、计算和控制的基本组成部分。意识到这一领域的重要性，通信和信息技术部 (MCIT)、信息技术部 (DIT) 决定，明智的做法是集中精力推动这一非常重要的领域，并发布一份具有印度和国际视角的白皮书。考虑到这一点，2007 年 4 月 20 日，印度理工学院 (IITB) 举办了无线传感器网络研讨会。超过 50 名该领域的研究人员参加了研讨会。其中包括从事基础和应用方面的研究人员。随后，向印度和海外的 200 多名研究人员发送了一份 WSN 调查问卷。与所有调查一样，其中约有 10% 的人做出了回应。我们非常感谢参与本次调查的研究人员。白皮书整合了从本次调查中收到的评论。评论非常令人鼓舞，压倒性的观点是，印度应该大力推动这一领域，因为这是对社会产生重大影响的领域之一。自 2007 年 4 月研讨会以来，印度在 WSN 方面开展了大量工作。尽管如此，它仍需要进一步的推动力——特别是将通信工程师、计算机科学研究人员和开发人员以及混合信号设计工程师聚集在一起。另一个重点是传感器的设计——事实上，通信和计算比传感技术处于更先进的阶段。此外，任何 WSN 的前端都是传感器，因此需要对传感器的设计和开发进行重大推动。
1 俄罗斯科学院维尔纳茨基地球化学和分析化学研究所，莫斯科，俄罗斯 2 俄罗斯国立核能研究大学，莫斯科，俄罗斯 3 鲍曼莫
1 俄罗斯莫斯科科学院 Vernadsky 地球化学和分析化学研究所 2 俄罗斯莫斯科国立核能研究大学 3 俄罗斯莫斯科鲍曼国立技术大学 4 俄罗斯莫斯科科学院 Vernadsky 国立地质博物馆 提交日期 2024 年 9 月 3 日 接受日期 2024 年 11 月 28 日 发布日期 2024 年 12 月 11 日 引用本文：A. Asavin、A. Litvinov、S. Baskakov 和 E. Chesalova，“莫斯科市通过 WSN 技术监测大气的机器人气体分析仪综合体”，地球环境科学洞察，第 1 卷，第 1 期，第 1-6 页，2024 年。版权：摘要 城市大气中的氢含量是环境生态学的一个新的敏感指标。由于这种气体的绝对浓度低和高挥发性，确定这种元素的复杂性需要开发专门的自主综合体来监测 H 2我们开发了一种基于无线数据传输网络 - 无线传感器网络（WSN）技术和由金属-绝缘体-半导体（MIS）结构开发的专用氢传感器的机器人综合体。本文介绍了莫斯科地区两个大气污染程度高低的站点的首批监测数据。结果表明，氢气的走向是互补的，由大气参数决定，但莫斯科中心和其边境的浓度水平差异几乎有一个数量级。这些数据与世界其他城市（巴黎、赫尔辛基等）的监测信息进行了比较。关键词：氢气监测；半导体气体传感器；WSN 网络；MIS 传感器缩写：MIS：金属-绝缘体-半导体；WSN：无线传感器网络 1.简介我们的工作目的是组织对大城市现代大气成分进行长期生态监测。环境大气安全和工业危险情况的控制需要及时对大气进行痕量成分监测。随着无线传感器网络 (WSN) 技术（无线数据传输系统）的出现，创建此类系统的技术取得了重大突破。WSN 是空间分布的自主传感器，用于监测物理或环境条件，例如气体、温度、压力等，并通过网络协作地将其数据传递到主要位置。WSN 由“节点”组成 - 从几个到几百个甚至几千个，每个节点都连接到一个（有时是几个）传感器。每个这样的传感器网络节点都有一个带有内部天线或连接到外部天线的无线电收发器、一个微控制器、一个用于与传感器接口的电子电路和一个能源，通常是电池或嵌入式能量收集形式。我们的项目包括开发一个信息和分析系统，其中包括气体传感器网络和 GIS 技术。该技术的优点是自主工作（长达数月甚至更长时间）、气体传感器的高频可编程测量、低成本（在网络的一个节点上）以及可以将多种类型的传感器连接到一个监控节点。这些作品对构建 WSN 的技术进行了足够详细的描述 [1–3]。还有许多专门的专著 [4] 和定期期刊（“无线传感器网络”、“国际传感器网络杂志 (IJSNet)”、“自组织网络”、“IEEE 传感器”、“EURASIP 无线通信和网络杂志”）。这里我们简要列出 WSN 数据传输技术的主要技术优势：
无线传感器网络中节点的优化和节能部署
摘要。针对节能和最佳WSN的最佳部署问题，本文建立了最佳覆盖模型。同时，提出了一种基于粒子群理论和量子的粒子群优化的节能部署算法。准物理策略，即准实体和准库仑力，在量子粒子群优化算法的位置进化方程中引入，这可以合理地调节传感器节点之间的距离。此外，该算法可以以低区域重复速率获得快速优化。此外，对WSN节点的传感半径进行动态调整，以最大程度地减少节点的能量消耗。模拟结果表明，与传统的粒子群和量子性粒子群群优化方案相比，所提出的算法在网络覆盖率和收敛速度方面具有更好的性能。同时，该算法在减少WSN中的节点能量消耗方面具有一定的优势。
分布式自适应信号和特征融合问题的统一算法框架 - 第二部分：收敛属性
I.在[1]中引入的分布式自适应信号融合（DASF）算法可用于以分离的方式解决广泛的空间滤波和信号融合问题，例如，无线传感器网络（WSN）。此类问题的示例包括基于广义特征值分解[3]，规范相关性分析[4]，[5]，最小方差波束[6]等的最小平方英尺误差估计，判别分析[3]等。DASF算法旨在应对WSN的典型带宽或能量限制。WSN中的典型空间过滤或信号融合问题涉及根据网络中每个节点收集的传感器数据优化成本函数。与需要在融合中心汇总的每个节点的传感器数据相反，DASF算法要求节点在彼此之间仅共享压缩数据。然后将此数据用于在每次迭代时在节点中局部构建全局优化问题的压缩版本。结果，全球（集中）的任何求解器
节能无线传感器网络的演变
在人类努力的不同领域中，正在开发无线传感器网络（WSN），以实时收集，汇总，融合和发送收集的数据。开发无线网络的数据传输路由系统时，能源消耗是最重要的组件之一。设计节能（WSN）路由框架是具有挑战性的。存在几种能源有效的路由算法，可有效地在群集成员（CM）和群集头（CH）之间传输数据包。有些人建议，如果节点不感应发送数据作为一种能量优化的方法，而构成网络的节点状态的变化，而其他节点则减少了节点之间的距离，因为节点之间的距离与数据传输过程中的能量使用量直接成比例。无论方法是什么，由于需要长期的网络寿命和网络效率，在WSN环境中实现降低的能源消耗是一项艰巨的任务。本文回顾了一些在一段时间内在WSN上进行的研究和节能技术。关键字：集群头，群集成员，优化，能量，无线传感器网络。简介传感器是将非电气值转换为电气值的设备。它配备了无线收发器或替代无线消息传递设备，该设备通过电磁波传输并通过无线通道传递数据。传感器还具有一个调节器，用于控制数据和内存，以保存软件和数据一会儿。传感器是感知或跟踪生理参数（例如温度，脉搏，血压，呼吸速率，湿度，速度，运动，振动等）的微设备。它将这些参数转换为信号。网络上的这些信号很少以人类可读形式出现；它们通常是0和1的电脉冲。他们是通过网络召集的
使用无线传感器网络演示测试平台进行调查
该探索性项目的第一阶段涉及研究 WSN 领域的现有工作和工业需求。通过文献综述、研讨会出席和对主要合作者的访问，确定了许多重要的测量问题。其中包括无线电链路质量、网络、传感器、机载处理和高级处理。还发现采用这些技术存在两个主要障碍。首先，对于许多潜在用户来说，建立任何网络都需要软件和电气工程方面的专业知识，这已被证明是极其昂贵和耗时的，这表明该技术在许多方面仍处于起步阶段。其次，这种系统的输出通常尚未完全理解。需要更全面地描述 WSN 测量的准确性和可靠性，以便进行成本效益或风险分析。