无线网络技术结课论文（精选6篇）
无线网络技术结课论文 第1篇
无线局域网结课论文
802.11无线局域网安全及防范措施
802.11 WLAN security and preventive measures
摘要：
首先简要介绍了IEEE802.11无线局城网技术标准。而在无线网络发展的同时，安全问题也慢慢显现出来。本文分析了基于IEEE802.11无线局域网中存在的安全问题，并提出了相应的防范措施，最大程度保证无线网络的使用安全。
关键词：无线局域网；IEEE802.11协议；安全五要素；跳频技术；直接序列扩频；
Abstract—firstly，we give a brief introduction of technical standards.However，with the development of the wireless LAN, security issues are slowly revealed.This paper analyzes the security problems existed in the IEEE802.11 wireless LAN, and proposed the corresponding preventive measures to ensure the maximum and safe use of the wireless network.Index Terms—wireless LAN，IEEE802.11 Protocol，Five elements of security，frequency-hopping technology，Direct Sequence Spread Spectrum.一
绪论 I Introduction
1.无线局域网
无线局域网(WLAN)是用无线通信技术构建的局域网,虽不采用缆线,但也能提供传统有线局域网的所有功能,与有线局域网相比,WLAN具有移动性好、灵活性高、建网迅速、管理方便、扩展能力强等优点。无线局域网技术目前主要有两大阵营,即IEEE802.11系列标准和欧洲的HiperLAN。其中以IEEE802.11系列标准中的802.11b产品在目前占主导地位。
1.Wireless LAN WLAN is a LAN built with wireless communication technology.Though do not
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用2.4GHz和5GHz这两个ISM频段。其中的2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家采用。
IEEE802.11b是无线局域网的一个标准。其载波的频率为2.4GHz传送速 度为11Mbit/s。IEEE802.11b是所有无线局域网标准中普及最广的标准。在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。IEEE802.11b的后继标准是IEEE802.11g，其传送速度为54Mbit/s。
2.无线安全要素
无线环境安全性的定义可以归结为5个要素，即数据安全、访问控制、身份验证、加密和保障措施。它们显示为紧密集成相互依赖的组件。如图1所示。
图1 无线环境安全要素
2.1 数据安全
计算机网络的数据安全可以这样理解：通过技术和管理措施，确保网络数据的可用性、完整性和保密性。网络安全保护措施的目的是确保经过网络传输和交换的数据不会发生增加、修改、丢失和泄露等。未经授权的用户如果登录到网络窃取数据，重要信息如遭到窃取或破坏，对经济、社会影响是巨大的。2.2 访问控制
访问控制是指按用户及定义组来限制用户对某些信息项的访问或对某些控制功能的使用。访问控制通常用于系统管理员控制用户对服务器、目录、文件等网络资源的访问。无线网络和有线网络一样存在访问控制方面的安全漏洞，很容易访问外部网络。最常见的攻击类型是使用无线网络接口卡漫游到可用的 802.11 网络，网络上的一切都变得容易受到攻击、盗窃或破坏、病毒等。2.3 身份验证
身份验证是指通过一定的手段，完成对用户身份的确认。身份验证的方法基本上可分为：基于共享密钥的身份验证、基于生物学特征的身份验证和基于公开密钥加密算法的身份验证。在大多数无线网络中，通常只配置一个账户，黑客（他自己的无线装置）可以很容易地登录一般帐户。2.4 加密
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如果黑客不能直接登录到网络，他可以使用无线数据包嗅探器来监听网络流量。这样，即使黑客无法通过验证连接到网络，他还可以窃取敏感数据和监控。大多数无线路由器有一个内部网站，通过简单配置非常容易窃取数据、隐私。有线等效保密（WEP）协议是对在两台设备间无线传输的数据进行加密的方式，用以防止非法用户窃听或侵入无线网络。WEP工作在数据链路层和物理层，大多数无线路由器提供64和128位的加密密钥，不过密码分析学家已经找出WEP好几个弱点，因此被 WPA淘汰，后来又由完整的IEEE802.11i标准（又称为WPA2）所取代。2.5 保障措施
最好的保障是熟悉无线网络和无线路由器，建立一个至少在64位最好在128位水平的加密密钥。然而需要注意的是，一些无线网卡支持的加密水平较低。通常无线路由器本身可以表示无线局域网的流量，也有一些软件工具测量网络流量和每个连接的吞吐量。如果有大量的网络流量流经无线网络造成阻塞，可以跟踪路由器的每个连接，如有未知连接那么可能有人进入系统，确保帐户所有的网络流量，留意可疑活动，这种类型的保障类似于“入侵检测系统”，它提醒你有未经授权的访问尝试从外部源进入网络。防范措施
802.11使用跳频技术（FHSS），如确 定802.11的传输信号解码扩频码，就可以将它转化为可用的形式。这种形式通过限制无线设备的传播范围起到屏蔽设施的作用。例如，跳频扩频（FHSS）在发射器和接收器之间有超过75种跳频信号来锁定一些随机代码序列。跳频系统有上千个频率，可以组合成若干种跳频模式，由发射器指定代码类型，接收器检测跃点模式然后同步到发射机。通过在指定的时间间隔重置设备保持模式更改，通过模式更改即可使 FHSS 模式难以被检测到并以此侦听网络通信。
直接序列扩频（DSSS）直接用伪噪声序列对载波进行调制，将每个数据位分段的码片迁移到一个波形，通过几个不同的频率传输信号，接收器然后对原始数据信号进行混合解码。例如802.11b使用64字8 位代码段信号。当试图侦听该信号时，黑客看到的DSSS信号就象是宽带背景噪声。通过使用几个直接序列扩频信号，使其显示有重叠的802.11设备。虽然这不能防止窃听，但是很难从许多访问点中挑选出一个访问点，起到混淆的作用。
最好的方法是组合这两种类型的系统，以混淆任何潜在的攻击者。这是保护系统免受黑客窃听更好的方法。在处理跳频扩频（FHSS）时，黑客需要知道无线传输中使用的跳频模式)在处理直接序列扩频（DSSS）时，黑客需要知道码片代码或代码字出现在什么标准中。此外，无论哪种方法，黑客都必须要知道频无线局域网结课论文
段频率和调制正确解码传输的数据信号。保持802.11免受黑客攻击的主要因素是保密某些跳频模式或码片代码。如果黑客不知道这些还可以通过一些方法确定调制，黑客可以创建一个接收拦截器并读取网络信号。扩频技术使得黑客的侵入变得非常困难，所以802.11是一种合理安全的平台。扩频技术的整体概念是在一个大的频率范围内减少无线电信号传播对其他无线设备的干扰量。但是，信号仍有可能被黑客干扰。绝缘的建筑也可以一定程度阻隔攻击，无线电信号从无线局域网的墙外很难穿透或破坏网络。屏蔽材料不仅绝缘墙壁阻碍了干扰设备，而且可以让无线网络更加难以被侵入。
还有一种方法是避免使用无线电波改为使用红外传输。可以使用相同类型的无线连接，但需要在一定范围内使用红外发射器。这种类型的传输有许多局限，但是提供了一个思路，即无论采用什么方法，一个好的策略和配置可以在一定程度上保证无线网络的使用安全。
参考文献
[1] 钟章队 主编.《无线局域网》.北京：科学出版社 2003 [2] 李文海.《数据通信与网络》.北京:电子工业出版社，2008.[3](美)加斯特.《802.11无线网络权威指南.2版》.南京:东南大学出版社，2008.[4] 刘承良.《计算机网络技术》.天津：天津大学出版社，2010.[5] 陈学平，李明.《计算机网络安全与应用》.北京:化学工业出版社2012.
无线网络技术结课论文 第2篇
——纳米技术在医学方面的应用
以前提起“纳米”这个词语，只知道是一个长度单位，对其了解甚微，而随着近几年纳米技术日新月异的发展和广泛应用，感觉“纳米技术”、“纳米级别”、“纳米原料”等等这样的词汇越来越频繁的出现在耳边。现在纳米技术已在不知不觉中进入我们的生活，并引领了当今科技日趋向微元化发展的方向。
由于纳米技术的好奇，并且渴望对它进一步了解，本学期选修了“纳米技术”这门课，八个星期的课程感觉收获还是很大的，老师认真的讲解和生动的教学内容，填补了我在“纳米技术”这一知识领域的空白，至少对“纳米技术”不再感到陌生。在课上不仅学到了纳米技术的理论基础、发展历史、技术分类，还了解了它在很多科技方面的应用。
纳米技术（nanotechnology）是指在0.1～100nm空间尺度上操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特定功能的产品或对物质及其结构进行研究的一门综合性的高新技术学科。其实通俗的讲就是“use little things to finish the big work”。我们在分子原子这样的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技产品，他们往往具有相比于一般材料更优良的性能，具有很高的实用价值和研究价值。而将纳米应用到测量等方面，又可以达到高精度的效果，比如扫描隧道显微镜(STM)、原子显微镜(AFM)的发明等。另外还有：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等方面的应用。
具体来说当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。而这其中我对纳米技术在医学方面的应用较为感兴趣。我认为利用纳米技术研发新型药品、制造高性能的医疗器械非常值得关注，据我了解到：纳米技术与医学的结合已形成了新兴边缘学科——纳米医学，即在分子水平上利用分子工具和人体的知识，从事的疾病诊断、医疗、预防、保健和改善健康状况等。在认识生命的分子基础上，人们可以设计制造大量的具有奇特功效的纳米装置，他们能够发挥类似于组织和器官的功能；他们可以在人体的各处畅游甚至出入细胞，在人体的微观世界里完成畸变的基因修复、扼杀刚刚萌芽的癌细胞、捕捉侵入人体的细菌和病毒、探测机体内化学或生物化学成分的变化、适时地释放药物和人体所需的微量物质、及时改善人的健康状况等特殊使命。
概括来说，纳米技术在医学上的应用大致有以下几个方面：
1、纳米生物医学材料的应用
由于纳米材料结构上的特殊性，赋予纳米材料独特的小尺寸效应和表面/界面效应，使其在性能上与微米材料具有显著性差异，表现出诸多优异的性能和全新的功能。目前，纳米生物医学材料的探索应用有：纳米人工红细胞、纳米人工线粒体、纳米人工眼球、纳米人工鼻等。
2、纳米技术在临床诊断与检测中的应用 包括纳米激光单原子分子探测技术、微小探针技术(纳米探针)、纳米细胞检疫器(纳米秤)、纳米传感器等，可以更为快捷更为敏锐的捕捉到患者体内的症结所在，并采取更及时更有效的治疗措施，很大程度上提高了临床诊断的效率和准确率。
3、纳米技术在临床治疗中的应用 包括：药物治疗、基因治疗、纳米机器人、肿瘤治疗、肿瘤治疗、捕获病毒的纳米陷阱、器官移植（可避免人工器官的排异反应）、手术治疗（由微创变为无创）等。（其中纳米技术在药物方面的应用涉及以下几点：①提高药物的吸收利用度；②控制释放系统；③提高药物作用的靶向性；④建立新的给药途径；⑤促进药物通过生物屏障。）
无线网络技术结课论文 第3篇
随着计算机网络的日益普及, 人们的生活发生了翻天覆地的变化。人们的日常生活已经越来越离不开网络。人们通过网络来进行查询账目、网上炒股、网上购物、缴费和搜索资料越来越方便。能够任何时间、在任何地方使用网络成为人们的迫切希望。这时, 最佳的选择是无线网络。在家庭中, 我们可以通过某种形式将现有的家用电器以及电子产品连成无线网络, 进行统一的管理和控制, 并将其连入Internet进行远程调度, 从而进行无线上网。
2无线上网技术的定义
所谓无线上网分两种, 一种是通过手机开通数据功能, 以电脑通过手机或无线上网卡来实现无线上网, 速度则根据使用不同的技术、终端支持速度和信号强度共同决定。另一种无线上网方式即无线网络设备, 它是在传统局域网的基础上, 以无线访问节点和无线网卡来构建的无线上网方式。通常情况下, 无线上网就是上网终端没有连接有线线路。
其中, WIFI就是一种无线联网的技术, 以前通过网线连接电脑, 而现在则是通过无线电波来连网;常见的就是一个无线路由器, 那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用WIFI连接方式进行联网, 如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路, 则又被称为“热点”。上互联网的速度主要是取决于WIFI热点的互联网线路。
3无线上网技术在家庭无线网络中的应用
在家庭网络中, WiFi主要在各种信息家电和家庭网关上应用。可以使用个人电脑、手持网络终端或者遥控器与家庭网关进行连接, 并且, 对各种信息家电, 通过家庭网关, 可以实施有效的管理和控制。因此, 可以采用客户服务器体系结构。网关作为服务器, 完成控制设备对各种信息家电的控制。这样, 对于实现胖服务器瘦客户端的结构是非常有利的。
3.1家庭网关模块
我们整个网络的核心部件就是家庭网关。所有的信息家电以及控制设备都要连接到这个网关上。同时, 网关还要与外部Internet进行互连。那么网关需要实现WiFi, 并提供如TCP/IP、HTTP、Web Server等高层应用和图形用户界面。其应用层采用统一设备管理协议 (Universal Device Control Protocol, UDCP) , 可以进行整个网络中设备的添加、删除、状态查询、参数配置等管理和控制。UDCP采用客户服务器结构, 各信息家电和控制设备在服务器端, 家庭网关是客户端。
基于嵌入式Linux进行家庭网关的架构。由嵌入式Linux系统实现WiFi功能, 并提供图形用户界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server等高层应用。通过身份鉴别后, 用户可以登录家庭网关, 并使用系统提供的图形控制界面对信息家电进行控制和管理。
同时, 家庭网关支持嵌入式Web服务器。当用户合法登录后, 就可以使用该服务器提供的Web页面, 管理和控制网络中的各种信息家电。嵌入式的Web服务器可选用boa, 它是嵌入式Linux下应用最为广泛的HTTP服务器程序, 具有全面的功能, 并且能够很好的支持CGI技术进行服务器端的扩展, 同时支持多数人广泛熟悉的C语言来实现CGI程序。
3.2信息家电模块
有两种实现模式用来实现信息家电上的WiFi功能。一种是理想的状态, 即信息家电自身带有WiFi功能。比如电视机、DVD等很多家用电器现在已经具备了此功能。第二种是对原本不带WiFi功能的家用电器进行WiFi扩展。可以选用Rabbit公司的WiFi核心模块和其相应的开发包进行相关扩展。由于由家庭网关来完成信息家电的所有高端功能, 所以可以不用实现WiFi的上层协议, 只实现对其控制。
信息家电将自身采集到的各种状态信息传递给其自身的或者是扩展的微控制器, 接收到这些数据后, 微控制器将其转换成UDCP报文, 并通过WiFi模块将其发送给家庭网关。同时, 信息家电还通过WiFi模块接受来自家庭网关的信息, 处理后转换成对家电的控制或查询, 同时, 由WiFi模块将其随后的状态信息反馈给家庭网关。
4结语
无线上网技术在家庭无线网络中的应用给家庭无线办公带来了很多的方便, 而且灵活, 可以随意改变我们在家庭里的办公位置, 不受束缚的自由自在适合了现代人的追求, 同时也保护了家庭的建筑和网络投资。同时整个系统成本的价格随着厂商的推动也会日益低廉, 使低成本的无线网络成为可能, 以最低的成本实现家庭的自由无线链接, 满足家庭用户的随时、随地、随心的用网。
参考文献
[1]李扬.WiFi技术原理及应用研究[J].科技信息, 2010, (6) .
[2]邱国良.浅谈WiFi技术的发展和应用[J].黑龙江科技信息, 2009, (10) .
[3]王娜.基于WiFi的无线远程视频监控系统[J].安防科技, 2010, (1) .
[4]顾正宜.一种基于WiFi的无线切换技术[J].移动通信, 2010, (2) .
无线网络技术结课论文 第4篇
一、低档次网络的安全弊病
以无线方式连接到小区宽带网络，并通过宽带网络进行共享访问Internet的组网环境下，我们往往只要先通过普通双绞线将低档无线路由器的WAN端口与小区宽带网络的交换端口连接在一起，然后参照说明书对无线路由器的连接端口参数进行合适的设置，就能上网访问了。由于在默认状态下，低档无线路由器会自动启用DHCP服务功能，当我们将无线网卡设备正确地安装到普通计算机上后，不需要进行任何参数设置就能自动连接到无线局域网网络中了。然而在享受组网便利的同时，低档次无线路由器的信号覆盖范围最远可达到300米左右，要是不采取安全措施进行防范的话，那么处于300米范围之内安装了无线网卡设备的普通计算机都能自动加入本地无线局域网网络中，那样一来本地无线局域网就容易遭遇非法攻击。
从目前来看，组建方便的低档次无线局域网存在下面一些安全弊病：
1安全机制不太健全
低档次无线局域网大部分都采用了安全防范性能一般的WEP协议，来对无线上网信号进行加密传输。而没有选用安全性能较高的WAP协议来保护无线信号的传输。普通上网用户即使采用了WEP加密协议、进行了WEP密钥设置，非法攻击者仍然能通过一些专业的攻击工具轻松破解加密信号，从而非常容易地截取客户上网地址、网络标识名称、无线频道信息、WEP密钥内容等信息，有了这些信息在手，非法攻击者就能方便地对本地无线局域网网络进行偷窃隐私或其他非法入侵操作了。
此外，低档次无线局域网几乎都不支持系统日志管理、入侵安全检测等功能，可以这么说低档次无线局域网目前的安全机制还不太健全。
2无法进行物理隔离
低档次无线局域网从组建成功的那一刻，就直接暴露在外界，无线网络访问也无法进行任何有效的物理隔离，各种有意的、无意的非法攻击随时存在，那么无线局域网中的各种隐私信息也会随时被偷偷窃取、访问。
3用户安全意识不够
低档次无线局域网往往只支持简单的地址绑定、地址过滤以及加密传输功能，这些基本安全功能在非法攻击者面前几乎没有多大防范作用。不过，一些不太熟悉无线网络知识的用户为了能够快速地实现移动办公、资源共享等目的，往往会毫不犹豫地选用组网成本低廉、管理维护操作简便的低档次无线局域网，至于无线局域网的安全性能究竟如何，相信这些初级上网用户几乎不会进行任何考虑。再加上这些不太熟悉无线网络知识的初级用户，对网络安全知识了解得更少了，这些用户在使用无线网络的过程中很少有意识去进行一些安全设置操作。
4抗外界干扰能力差
无线局域网在工作的过程中，往往会选用一个特定的工作频段，在相同的工作频段内无线网络过多时，信号覆盖范围会互相重叠，这样会严重影响有效信号的强弱，最终可能会影响无线局域网的信号传输稳定性：此外。无线上网信号在传输过程中，特别容易受到墙体之类的建筑物的阻挡或干扰，这样也会对无线局域网的稳定性造成一定的影响。对于那些低档次的无线局域网来说，它的抗外界干扰能力就更差了，显然这样的无线局域网是无法满足高质量网络访问应用要求的。
二、组网便利下的安全威胁
既然低档次无线局域网存在上述一些安全弊病，这些弊病要是突然发作起来或被非法攻击者利用的话，那么就可能给我们带来不小的安全威胁：
1造成隐私信息外泄
有的时候，不少无线局域网上网用户为了方便工作，往往会在不经意间将单位的重要隐私信息或核心工作信息，甚至将一些属于绝密范畴的信息通过移动设备挂上无线局域网网络中，这样无形之中就容易发生重要隐私信息外泄的危险，严重的时候能够给单位或个人造成巨大的经济损失。
2降低内网安全能力
单位无线局域网附近有时还会存在一些家用无线局域网或者其他单位的无线局域网，这些无线局域网常常会用于移动办公或共享访问Internet网络的，这些无线网络的使用者大多没有足够的安全防范意识，并且他们应用无线网络的要求不是很高，也用不着对无线上网进行一些安全设置操作。在这种情形下，单位中任何一台安装了无线网卡设备的笔记本电脑都有可能自动连接到其他单位的无线局域网中，如此一来就容易发生这个单位的无线局域网与其他单位的无线局域网直接互联的现象，甚至可能出现单位无线局域网直接与Internet网络互联的现象。这些现象明显会降低单位内网安全防范能力。容易给单位造成严重的安全后果。
3危及信息系统安全
考虑到低档次无线局域网组网成本低廉，不需要进行复杂布线，管理维护也很方便，要是安全意识不到位，那么一些规模较小的单位很可能出于技术、成本等因素，来选用一些价格低廉、质量低劣的无线网络设备进行组网升级、信息点的延伸，由这些网络设备搭建而成的网络将会天然暴露在外界，无线网络访问无法做到有效的物理隔离，那样一来单位的信息系统安全将会随时受到危及。
三、化解无线网络安全威胁
虽然低档次无线局域网容易给我们带来各种意想不到的安全威胁，会给单位的信息系统造成不小的安全隐患，不过对于那些对安全性要求不是很高的小规模单位来说，仍然可以选用低档次的无线局域网，毕竟这种类型的组网成本非常低廉，更为重要的是通过制定有效的措施完全可以将低档次无线局域网的安全威胁降到最低限度，让规模不大的单位用户也能尽情地享受组网便利。
1向检查要安全
为了随时了解单位无线网络的安全状态，我们应该定期对单位的内网、外网使用情况以及核心网络设备的工作状态进行详细检查，并做好详细的检查记录。与此同时，我们还应该加大力度对单位无线局域网附近区域的无线网络工作环境进行动态监测，一定的时候还需要对单位的网络系统安全进行评估以及审计：此外，对于涉及到处于单位核心隐私信息以及进行重要网络应用的工作场所，应该及时采取电磁屏蔽等手段，来阻止非法网络入侵或攻击。
2向宣传要安全
由于低档次无线局域网很容易影响到单位内部网络的使用安全性，为此单位负责人必须准备好丰富齐全的网络安全资料，在单位上、下定期开展无线上网安全知识的宣传、培训，以便强化每一位无线上网用户的安全防范意识，同时有必要针对性地进行网络安全专项整治工作，保证单位所有员工都能在思想上高度重视无线网络安全工作。
3向管理要安全
俗话说“没有规矩。不成方圆”，为了保证无线局域网的使用安全性。我们同样要对无线网络设备的使用做出合理的规定，对无线上网用户进行合理的管理，统一规范无线网络设备的工作模式以及安全设置，明确上网用户的使用范围和访问权限。例如，禁止保存有重要单位信息的笔记本电脑连接到无线局域网中，禁止随意在无线局域网中进行共享访问。禁止移动设备随意挂上无线局域网中，对于存储、加工核心信息的工作场所必须进行屏蔽保护等。
纳米技术结课论文 第5篇
摘要: 在人类发展的历史中，隐身的人类长久以来的一个大胆而美好的创想，但受限于我们的认知和科技的水平，对于隐身方面的研究还仅仅只是存在于人们天马行空的想象中而很少能付诸实践。但20世纪以来，科学技术在各方面都取得了长足的进展，在隐身材料制备方面的也取得了不小的成就。本文将从目前比较先进的纳米技术入手讨论其在纳米隐身材料制备方面的应用，通过介绍纳米隐身材料的特性和吸波机理，以及国内外纳米隐身材料的研究进展情况，并对纳米隐身材料今后 的发展方向进行了展望。关键词：纳米技术；隐身材料；吸波机理；发展展望
一、研究背景与意义：
随着电子科技的迅速发展，雷达，毫米波，红外，激光，声波等探测技术趋于成熟，使得未来战场上武器系统特别是一些大型的作战武器，如飞机、坦克、导弹、舰艇等所面临的威胁日益增加。为了提高在战场上的生存能力、防御能力和攻击能力的隐身技术普遍受到了世界各国的高度重视。在二战期间，各国为了降低特征信号以提高飞机生存能力强烈需求的推动下纷纷开展隐形材料的制备，并取得一定的成就，像美国F-117 A“夜鹰”隐形飞机的诞生。隐身技术的发展关键在于隐身材料技术的发展。现代化的战争对吸波材料的性能提出了越来越高的要求，一般传统意义的吸波材料已经很难满足薄、轻、宽、强的综合要求，各国都在积极开发新型的吸波材料。
纳米隐身材料是目前隐身材料研究中一个非常活跃的热点，纳米材料具有很多与众不同的特异性能，主要表现为具有纳米尺 寸效应、宏观量子隧道效应、界面效应、纳米非均匀性等特点，使其在光、电、磁等物理方面具有独特的性质，可导致微波的高磁导率、高磁损耗，实现微波的宽频带强吸收，而且具有兼容性好、质量轻、厚度薄等特点，是一种具有很大发展潜力的新一 代 隐身材料。
二、纳米技术的材料特性及吸波机理： 1.纳米技术材料特性：
纳米材料是指材料组分的特性尺寸在纳米量级(1～100nm)的材料，纳米隐身 材料是指以磁性纳米材料或结构为主体构成的一种复合型隐身材 料，由 于结构和组成的特殊性，纳米隐身材料具有一些独特的特，主要体现在以下几个方面 ：
(1)特性尺寸在1～l00 nm之内，低于微波频段趋肤深度，可以避开趋肤效应 的制约。
(2)磁性金属纳米材料具有高饱和磁化强度及形状各向异性，其微波频段的磁 导率和磁损耗可比磁性金属微米颗粒吸收剂高2个 以上等级，该特点可使纳米 隐身材料具有大幅度的提高低频段吸波性能的潜力。
(3)通过调整吸波材料的成分、组成、结构等可进行微波电磁谱频率响应特性 调控，这为设计宽频隐身材料提供了可能性。
(4)磁性金属纳米材料与电介质复合组成周期或准周期结构，并出现大量界面，通过结构和成分的优化设计，使阻抗由表及里渐变，可实现阻抗匹 配。
2、吸 波 机 理：
当材料粒子尺寸在纳米级时，量子效应使纳米的电子能级发生分裂，分裂能级间隔正好处于与微波对应的能量范围(1 0^-2 ～10^-5e V)内，从而导致新的吸波效应。同时由于比表面积大、表面原子比例高、悬挂键增多，因而截面极 化和多重散射成为重要的吸波机制。另外，磁性纳米粒子具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗，以上吸波机理尚需进一步完善和深入研究。
三、纳米隐身材料举例：
1、隐身斗篷：
美国科学家用硅纳米材料制造了一种隐身斗篷，使普通 的光学检测无法发现放置在斗篷下的物品。这种新隐身斗篷完全由绝缘材料制造，在光学频率中，它们往往是透 明的。斗篷由矩形的硅片制成，厚250 nm。硅片可以作为一个光 波导，光线仅限于在这个垂直高度中向前后两个方向自由传播。在纳米硅材料上，研究人员精心设计了一些孔：每个孔直径为 110 nm，这就使得斗篷周围的光波发生完全弯 曲，就好像河水流过岩石一样。它表明，当光线的方向发生改变，物品的隐身是可以实现的。这个隐身斗篷覆盖的区域为 3．8 m 左右，可以在波长1400 nm一1800n m之间操作，由于其介质组成和设计特性，比以前更容易制造，且具有(覆盖区域)向上的拓展性。
2、纳米织造隐身衣：
纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯，绕过障碍物。美国印第安那州普渡大学的材料学专家弗拉吉米尔 · 沙 拉耶夫造 出了隐身衣。普通的材料无论如何看似光滑，对于微粒子来说都好像雨点打在鸟巢体育场那样大的粗糙核桃壳上 一样，总是会向各个角度产生反射。只有把结构做到比光予还要小，才有可能做出足以让光线如H 激流经过鹅卵石一般 的流线体。沙拉耶夫正是这样完成了他的隐身衣的材料。随后，他依靠一排从中心点开始像一个圆形的梳子沿轮辐方向向外辐射的微型针，将光的折射和扭曲减少到几乎为零，使得 围绕着隐身衣的光线发生弯曲，致使人们看不见斗篷。
3、中国纳米隐身材料研究：
成都电子科技大学研制的纳米针形磁性金属粉多层纳米膜复合吸波材料，通过改变纳米针形磁性金属粉成分，可以有效地控制其频率特性，有利于展宽吸收 频带。赵东林 ¨ 曾系统地报道了雷达波吸收剂的研究进展，并详细介绍了一些 纳米粒子作为电磁波吸收剂在隐身技术上 的应用，认为纳米ZnO在这方面具有很好的功效。
四、关于纳米隐身材料的展望：
纳米隐身技术随着纳米材料技术的发展而发展，在纳米材料的制备合成技术不断取得进展和基础理论日趋完善的基础上，纳米隐身材料也必将取得更快 的发展。国外开展纳米隐身的研究较早，投人力度大，已经系统研究了磁性纳 米材料的微波电磁谱理论、材料系列、制备方法、性能表征和测试方法，研 制出多种不同的纳米隐身材料，取得了实际性进展;我国纳米隐身材料的研究 处于初步阶段，投入较少，虽开展了理论、物性及制备方法等方面的研究，但 涉及到纳米隐身材料的电磁波传输、耗 散机理与设计方面的研究较少，还有 很多关键技术没有攻克，应加大基础研究力度，使我国的纳米隐身技术迈上一 个新的台阶。
作为21世纪的大学生，我们要努力学习科学文化知识，紧跟时代发展得潮流，为我国纳米技术的发展贡献出自己的力量。也感谢老师这一学期的授课，让我学到了不少东西。
五、参考文献： [1] 于海涛，庄海燕，庄 焱.纳米隐身材料的研究进展及发展趋势[J].材料开 发与应用,2011.[2] 倪星元，等.纳米材料制备技术[M].化学工业出版社, 2008.[3] 韩少华.纳米织造隐身衣[J].科技博览。
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多媒体技术结课论文 第6篇
————多媒体技术在虚拟现实领域的应用
姓名张宏亮
班级10信科1班
学号10780107
系部电子与信息工程系
摘要：本文全面回顾了虚拟现实技术的发展历史和研究背景，介绍了虚拟现实技术的构成和技术特点，分析了虚拟现实系统在遥现技术、仿真技术、对象可视化技术等方面的应用现状，并论述了虚拟现实系统的发展。
关键词：虚拟现实 虚拟环境 虚拟现实系统
首先，我们来说一下什么是虚拟现实技术，虚拟现实技术（Virtual Reality），又称灵境技术，是90年代为科学界和工程界所关注的技术。它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域；为智能工程的应用提供了新的界面工具；为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。这种技术的特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。这种技术的应用，改进了人们利用计算机进行多工程数据处理的方式，尤其在需要对大量抽象数据进行处理时；同时，它在许多不同领域的应用，可以带来巨大的经济效益。
1965年，Sutherland在篇名为<<终极的显示>>的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。随后的1966年，美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器的研制工作。在这第一个HMD的样机完成不久，研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970年，出现了第一个功能较齐全的HMD系统。基于从60年代以来所取得的一系列成就，美国的Jaron Lanier 在80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词。
80年代，美国宇航局（NASA）及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测实验室的M.McGreevy 和J.Humphries博士组织开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。在随后的虚拟交互环境工作站（VIEW）项目中，他们又开发了通用多传感个人仿真器和遥现设备。
进入90年代，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图象的实时动画制作成为可能；人机交互系统的设计不断创新，新颖、实用的输入输出设备不断地进入市场。而这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基础。[1]
其次，纵观虚拟现实的研究现状，VR 技术最早在20 世纪中期由美国VPL探索公司和它的创始人JaronLanier 提出这一概念, 后来美国宇航局(NASA)的艾姆斯空间中心利用流行的液晶显示电视和其它设备,开始研制低成本的虚拟现实系统,推动了该技术硬件的进步。目前,虚拟现实技术已获得了长足的发展。在国内,20 世纪80 年代末开始进行研究,目前还处于初级阶段。
美国作为VR 技术的发源地,其研究水平基本上就代表国际VR 发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。[2]
美国宇航局(NASA)的Ames实验室研究主要集中在以下方面:将数据手套工程化,使其成为可用性较高的产品;在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真;大量运用了面向座舱的飞行模拟技术;对哈勃太空望远镜的仿真。现在正致力于一个叫“虚拟行星探索”(VPE)的试验计划。[3] 现在NASA己经建立了航空、卫星维护VR 训练系统,空间站VR训练系统,并且已经建立了可供全国使用的VR 教育系统。北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是进行VR 研究最早的大学,他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。
LomaLinda 大学医学中心的DavidWarner 博士和他的研究小组成功地将计算机图形及VR 的设备用于探讨与神经疾病相关的问题,首创了VR 儿科治疗法。
麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋,这些技术都是VR 技术的基础,1985年MIT成立了媒体实验室,进行虚拟环境的正规研究。
华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室(HITLab),将VR 研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。从90 年代初起,美国率先将虚拟现实技术用于军事领域,主要用于以下四个方面:虚拟战场环境;进行单兵模拟训练;实施诸军兵种联合演习;进行指挥员训练。
在VR 开发的某些方面,特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面,英国是领先的,尤其是在欧洲。英国主要有四个从事VR 技术研究的中心：[4]
Windustries(工业集团公司),是国际VR 界的著名开发机构,在工业设计和可视化等重要领域占有一席之地;BritishAerospace(英国航空公司BAe)的Brough分部,正在利用VR技术设计高级战斗机座舱;DimensionInternational, 是桌面VR的先驱。该公司生产了一系列的商业VR 软件包,都命名为Superscape;DivisonLTD公司在开发VISION、ProVision 和Su2pervision系统P模块化高速图形引擎中,率先使用了Transputer和i860 技术。
日本主要致力于建立大规模VR 知识库的研究,在虚拟现实的游戏方面的研究也处于领先地位。
京都的先进电子通信研究所(ATR)正在开发一套系统,它能用图像处理来识别手势和面部表情,并把它们作为系统输入;富士通实验室有限公司正在研究虚拟生物与VR 环境的相互作用,他们还在研究虚拟现实中的手势识别,已经开发了一套神经网络姿势识别系统,该系统可以识别姿势,也可以识别表示词的信号语言。[2] 日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004 年开发出一种嗅觉模拟器,只要把虚拟空间里的水果拉到鼻尖上一闻,装置就会在鼻尖处放出水果的香味,这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。
我国VR 技术研究起步较晚,与国外发达国家还有一定的差距,但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视,并根据我国的国情,制定了开展VR 技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR 列入了研究项目。国内一些重点院校,已积极投入到了这一领域的研究工作。
北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR 研究、最有权威的单位之一,并在以下方面取得进展:着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理;在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件,并提出有关算法及实现方法;实现了分布式虚拟环境网络设计,可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等。
浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统,还研制出了在虚拟
环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法;哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题;清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究;西安交通大学信息工程研究所对虚拟现实中的关键技术——立体显示技术进行了研究,提出了一种基于JPEG 标准压缩编码新方案,获得了较高的压缩比、信噪比以及解压速度;北方工业大学CAD研究中心是我国最早开展计算机动画研究的单位之一,中国第一部完全用计算机动画技术制作的科教片《相似》就出自该中心。
再次，虚拟现实技术的构成，从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。
虚拟现实的定义可以归纳如下：虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实技术因此具有以下四个重要特征：[5]
所谓多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的感知功能。
又称临场感，它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。
交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。
是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。
虚拟现实系统的模型表示如图1。用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到实时三维显示和其它 反馈信息（如触觉、力觉反馈等）。当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在用户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界产生作用（如遥操作等）。
虚拟现实系统主要由以下六个模块构成检测模块：检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境。
反馈模块：接受来自传感器模块信息，为用户提供实时反馈。
传感器模块：一方面接受来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一方面 将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。
控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。
建模模块：获取现实世界组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境。
最后，来说一下虚拟现实技术的实际应用，虚拟现实技术的应用前景是很广阔的。它可应用于建模与仿真、科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐等多个方面，遥现技术[6]是指当实际上在某一个地方时，可以产生在另一个地方的感觉。虚拟现实涉及到体验由计算机产生的三维虚拟环境，而遥现则涉及到体验一个遥远的真实环境。遥现技术在实际应用中需要虚拟环境的指导。例如，在遥控宇宙空军站的开发计划中，从安全性以及费用的角度考虑，我们有必要使用空间机器人。这种空间机器人的特点是由地面上的操作员进行遥操作，或进行部分自主操作。对于像零件更换的固定操作可以完全自主进行，而对于故障检修等难以预测的操作则有必要依赖于遥操作。这时，虚拟现实技术和遥现技术将发挥重要的作用。为研究新一代空间机器人的遥操作技术，日本开发了宇宙开发地面实验平台。该实验平台有人－机交互、计算机系统以及机器人系统所构成。现在，在该实验平台上进行了零件更换等空间机器人的典型操作实验，实现了实验平台的基本功能。
虚拟环境是计算机生成的具有沉浸感的环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉。因此，虚拟环境是一种新发展的、具有新含义的一种人机交互系统。
飞行仿真系统由四部分组成，即飞行员的操纵舱系统显示外部图象的视觉系统产生运动感的运动系统计
算和控制飞行运动的计算机系统。
计算机系统是飞行仿真系统的中枢，用它来计算飞行的运动、控制仪表及指示灯、驾驶杆等信号。视觉系统和运动系统与虚拟现实密切相关，其中，视觉系统向飞行员提供外界的视觉信息。该系统由产生视觉图象的“图象产生部”和将产生的信号提供给飞行员的“视觉显示部”组成。在图象产生部，随着计算机图形学的发展，现在使用称为CGI（Computer Generated Imagery）的视觉产生装置。在CGI中利用纹理图形驾驶可以产生云彩、海面的波浪等效果。另外，利用图象映射驾驶可以从航空照片上将农田以及城市分离出来，并作为图象数据加以利用。视觉显示部向飞行员提供具有真实感的图象，图象的显示有无限远显示方式、广角方式、半球方式以及立体眼镜和头盔式显示器等四种方式。
作为飞行仿真系统的构成部分，运动系统向飞行员提供一种身体感觉，它使得驾驶舱整体产生运动，根据自由度以及驱动方式的不同，可以分为万向方式、共动型吊挂方式、共动型支撑方式以及共动型六自由度方式等。利用该运动系统，飞行员可以感觉到实际飞机一样的运动感觉。
研究人员设计了一种与虚拟生物对话的仿真系统。在该系统中，虚拟世界中的虚拟生物和现实世界中的生物一样，可以决定自己的行动，并且能够动态地应付周围的情况。对于人的挑逗也能够根据情况的不同作出各种复杂的反应，甚至能够进行对话。通过引进虚拟生物，可以实现系统的自主性、交互性及其自然的魅力。
各个国家在传统上习惯于通过举行实战演习来训练军事人员和士兵，但是这种实战演练，特别是大规模的军事演习，将耗费大量资金和军用物资，安全性差，而且还很难在实战演习条件下改变状态，来反复进行各种战场态势下的战术和决策研究。近年来，虚拟现实技术的应用，使得军事演习在概念上和方法上有了一个新的飞跃，即通过建立虚拟战场来检验和评估武器系统的性能。例如一种虚拟战场环境，它能够包括在地面行进的坦克和装甲车，在空中飞行的直升机、歼击机、导弹等多种武器平台，并分别属于红、兰交战双方。
在科学研究中，人们总会面对大量的随机数据，为了从中得到有价值的规律和结论，需要对这些数据进行认真分析。例如，为了设计出阻力小的机翼，人们必须详细分析机翼的空气动力学特性。因此人们发明了风洞实验方法，通过使用烟雾气体使得人们可以用肉眼直接观察到气体与机翼的作用情况，因而大大提高了人们对机翼的动力学特性的了解。虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性质和效果、空气循环区域、旋涡被破坏时的乱流等，而这些分析利用通常的数据仿真是很难可视化的。[7] 在学习过程中，学生总有许许多多的疑问有待解答。虚拟物理实验室[8]的设计使得学生可以通过亲身实践―做、看、听来学习的方式成为可能。使用该系统，学生们可以很容易的演示和控制力的大小、物体的形变与非形变碰撞、摩擦系数等物理现象。为了显示物体的运动轨迹，可以对不同大小和质量的运动物体进行轨迹追踪。还可以停止时间的推移，以便仔细观察随时间变化的现象。学生可以通过使用数据手套与系统进行各种交互。
在现行的电力控制室的设计中，控制台以及显示器的设计一般是用和实物同等大小的模型。研究人员使用虚拟现实技术研制了一个辅助设计控制室的系统。使用该系统可以自由地改变控制室内的配色、照明、报警、显示器的画面构成，以及各种仪表的配置等室内环境。另外，用户还可以在室内移动，以便从不同方向观察室内情况。
现在人们正在研究将图形与实际图象进行融合的系统。使用该系统可以用虚拟空间监视远方的现场，也可以给用户一种自由往返于虚拟空间和远方现场的感觉。但是，目前还没有合适的输出装置。相信这种需要必将会促进虚拟现实技术中硬件装置的研制。
正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。
它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等[9]。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程[10]。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息
处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。
参考文献
[1] 汪成为，高文，王行仁.灵境（虚拟现实）技术的理论、实现及应用 清华大学出版社 1996.[2] 姜学智,李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[J].辽宁工程技术大学学报,2004,23(2):2382240
[3] 蒋庆全.国外VR 技术发展综述[J].飞航导弹,2002,(1):27234
