無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)問(wèn)題包括數(shù)據(jù)處理、通信和傳感器管理，由于環(huán)境的不穩(wěn)定性和不確定性，再加上能量和帶寬的限制，給無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，下面就列舉研究中的一些關(guān)鍵技術(shù)。

　　1、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?/span>

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是自組織的，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂兄匾囊饬x，如果有一個(gè)很好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂乒芾頇C(jī)制，對(duì)于提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議效率是很有幫助的，還能夠延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。

　　目前傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂浦饕难芯糠较蚴窃跐M足網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和連通度的情況下，通過(guò)選擇路由路徑，生成一個(gè)能高效轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)淇刂朴址譃閮煞N，分別是節(jié)點(diǎn)功率控制和層次型拓?fù)淇刂?。功率控制是控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，在滿足網(wǎng)絡(luò)連通度的情況下，減少節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率，均衡節(jié)點(diǎn)單跳可達(dá)的鄰居數(shù)目。而層次型拓?fù)淇刂撇捎梅执貦C(jī)制，有一些節(jié)點(diǎn)作為簇頭，它將作為一個(gè)簇的中心，簇內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都要通過(guò)它來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)。

　　2、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

　　因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信能力、攜帶的能量有限，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能獲得局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ诠?jié)點(diǎn)上運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也要盡可能的簡(jiǎn)單。傳感器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化和網(wǎng)絡(luò)資源的不斷變化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提出了更高要求，目前研究的重點(diǎn)主要集中在網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層上。

　　網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議決定監(jiān)測(cè)信息的傳輸路徑，好的路由協(xié)議不但能考慮到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗，還能夠關(guān)心整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗均衡，能夠延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期。目前已經(jīng)提出了一些比較好的路由機(jī)制，例如基于地理位置的路由協(xié)議和基于查詢的路由協(xié)議。

　　數(shù)據(jù)鏈路層的介質(zhì)訪問(wèn)控制即MAC協(xié)議用來(lái)控制傳感器節(jié)點(diǎn)的通信過(guò)程和工作模式，確保數(shù)據(jù)包能正確發(fā)送和接收。設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議首先要考慮的是節(jié)省能量和可擴(kuò)展性，公平性和帶寬利用率是其次才要考慮的。MAC層能量消耗主要發(fā)生在空閑偵聽、碰撞重傳和接收不需要的數(shù)據(jù)等方面。為了減少能量消耗，MAC協(xié)議通常采用偵聽/睡眠交替的偵聽機(jī)制，根據(jù)需要選擇偵聽或者睡眠。MAC協(xié)議的研究也主要在如何減少上述3種情況，從而降低能量消耗以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)壽命。

　　近期提出了SMAC、TMAC和Sift等基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議，DEANA、TRAMA和DMAC等時(shí)分復(fù)用MAC協(xié)議，以及CSMA/CA與CDMA相結(jié)合，TDMA和FDMA相結(jié)合的協(xié)議。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議往往根據(jù)應(yīng)用的特征而定，沒(méi)有一個(gè)能夠高效適用于所有應(yīng)用的協(xié)議。

　　3、網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制

　　與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一樣，安全問(wèn)題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。傳感器網(wǎng)絡(luò)存在竊聽、惡意路由、消息篡改等安全問(wèn)題，特別是在一些無(wú)線安防網(wǎng)絡(luò)、軍事上對(duì)地區(qū)進(jìn)行監(jiān)視等部署無(wú)線傳感器網(wǎng)等應(yīng)用，安全問(wèn)題尤為突出。安全問(wèn)題可以總結(jié)為：信息被非法用戶截獲、一個(gè)節(jié)點(diǎn)遭破壞、識(shí)別偽節(jié)點(diǎn)、如何向已有傳感器網(wǎng)絡(luò)添加合法的節(jié)點(diǎn)等4個(gè)方面。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的安全問(wèn)題在各個(gè)協(xié)議層都應(yīng)充分考慮，每個(gè)層次研究的側(cè)重點(diǎn)不同，為了保證數(shù)據(jù)和任務(wù)的安全傳遞和融合，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)一些基本的安全機(jī)制，主要從兩個(gè)方面考慮：

　　一方面是從維護(hù)路由安全的角度出發(fā)，尋找盡可能安全的路由以保證網(wǎng)絡(luò)的安全。如果路由協(xié)議被破壞導(dǎo)致傳送的消息被篡改，那么對(duì)于應(yīng)用層上的數(shù)據(jù)包來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何安全性可言。例如，一種叫做“有安全意識(shí)的路由”的方法被提出，其基本思想是找出真實(shí)值和節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，然后利用這些真實(shí)值來(lái)生成安全的路由。

　　另一方面是把重點(diǎn)放在安全協(xié)議方面，例如假定傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是為高級(jí)政要人員提供安全保護(hù)，提供一個(gè)安全解決方案將為解決這類安全問(wèn)題帶來(lái)一個(gè)普適的模型。在具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，先假定基站總是正常工作的，并且總是安全的，滿足必要的計(jì)算速度、存儲(chǔ)器容量，基站功率滿足加密和路由的要求，通信模式是點(diǎn)到點(diǎn)，通過(guò)端到端的加密保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br />

　　4、時(shí)間同步

　　在分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘，不同節(jié)點(diǎn)的晶振頻率存在著偏差，各種干擾也會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)間的運(yùn)行時(shí)間偏差，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)分布式協(xié)同工作的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要相互配合，要求節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘必須保持同步。

　　首先，傳感器節(jié)點(diǎn)需要彼此并行操作和協(xié)作，以完成復(fù)雜的監(jiān)測(cè)任務(wù)。例如，在車輛跟蹤系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)記錄車輛位置和時(shí)間，傳遞給網(wǎng)關(guān)匯聚節(jié)點(diǎn)，以這些信息判斷車輛位置和速度，如果缺少時(shí)間同步，則會(huì)出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤。

　　其次，許多節(jié)能方案需要時(shí)間同步來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，傳感器可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行休眠，在需要時(shí)再喚醒，在這種模式下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)在同時(shí)休眠或喚醒，即節(jié)點(diǎn)接收器不能在數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)關(guān)閉。

　　NTP（Network Time Protocol）協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)中普遍采用的同步協(xié)議，但是它只適合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、鏈路很少失敗的有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此外，GPS和無(wú)線測(cè)距技術(shù)也可以提供網(wǎng)絡(luò)的全局時(shí)鐘同步。但是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)體積、造價(jià)成本、能耗等都會(huì)約束時(shí)間同步機(jī)制。

　　目前已經(jīng)提出了多個(gè)時(shí)間同步機(jī)制，RBS、TINY/MINI-SYNC和TPSN是3個(gè)基本的同步機(jī)制，RBS協(xié)議是基于接收者和接收者的時(shí)鐘同步，節(jié)點(diǎn)以自己的時(shí)鐘記錄事件，隨后用第三方廣播的基準(zhǔn)時(shí)間加以校正，精度依賴于對(duì)這段間隔時(shí)間的測(cè)量。TNY/MINI-SYNC協(xié)議是簡(jiǎn)單的同步機(jī)制，它假設(shè)時(shí)鐘漂移遵循線性變化，則兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間偏移也是線性的，可以通過(guò)交換時(shí)標(biāo)分組來(lái)估計(jì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)匹配偏移量。TPSN協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步，所以節(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯分級(jí)，基于發(fā)送者和發(fā)送者的節(jié)點(diǎn)對(duì)方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠與上一級(jí)節(jié)點(diǎn)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)同步，最終實(shí)現(xiàn)與根節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步，這種同步機(jī)制應(yīng)用在確定來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)事件的先后關(guān)系時(shí)有足夠的精度。設(shè)計(jì)高精度的時(shí)鐘同步機(jī)制是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，精簡(jiǎn)NTP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，將其移植到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中來(lái)也是一個(gè)有價(jià)值的研究課題。

　　5、定位技術(shù)

　　在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，位置信息是傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)中不可或缺的一部分，否則采集到數(shù)據(jù)可能不具有任何意義。節(jié)點(diǎn)定位是確定傳感器的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置或絕對(duì)位置，在軍事偵察、環(huán)境檢測(cè)、緊急救援等應(yīng)用中尤其重要。節(jié)點(diǎn)定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機(jī)制也必須要滿足自組織性、魯棒性、能量高效和分布式計(jì)算等要求。

　　定位技術(shù)也主要有兩種方式：基于距離的定位和距離無(wú)關(guān)的定位。其中基于距離的定位對(duì)硬件要求比較高，通常精度也比較高。距離無(wú)關(guān)的定位對(duì)硬件要求較小，受環(huán)境因素的影響也較小，雖然誤差較大，但是其精度已經(jīng)足夠滿足大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求。

　　目前最常用的定位技術(shù)是全球定位系統(tǒng)GPS（Global Position System），它通過(guò)衛(wèi)星的授時(shí)和測(cè)距來(lái)對(duì)用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，具有較高的精度和實(shí)時(shí)性，而且其抗干擾能力也比較強(qiáng)，但是其用戶節(jié)點(diǎn)能耗高、體積大、成本也比較高。

　　6、數(shù)據(jù)融合

　　在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，由于采集到了大量的冗余數(shù)據(jù)，又由于能量和帶寬的限制，各個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)把數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)并不合適，因此提出了“數(shù)據(jù)融合”技術(shù)，該技術(shù)在傳感器節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，利用本地計(jì)算和存儲(chǔ)能力將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，對(duì)收集到的多余數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除出冗余信息，生成更符合需求的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到節(jié)省能量的目的。

　　總的來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)融合技術(shù)具有以下作用：

　?。?）節(jié)省能量：為保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，配置節(jié)點(diǎn)是考慮了一定冗余的，如果把數(shù)據(jù)全部傳輸，只會(huì)消耗更多的能量，而不會(huì)得到更多的信息，因此需要數(shù)據(jù)融合消除冗余數(shù)據(jù)。

　　（2）獲取更準(zhǔn)確信息：由于受到環(huán)境變化影響，來(lái)自單個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)有著不可靠性，通過(guò)對(duì)同一區(qū)域節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以有效的獲得更高的信息精度和可信度。

　?。?）提高信息收集效率：通過(guò)數(shù)據(jù)融合，可以減少數(shù)據(jù)傳輸量，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膿砣赡苄?，也能夠降低傳輸延時(shí)，減少數(shù)據(jù)碰撞等，可以有效的提高網(wǎng)絡(luò)收集信息效率。

　　數(shù)據(jù)融合可以在多個(gè)層次中進(jìn)行。在應(yīng)用層中，可以應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步篩選，達(dá)到融合效果。在網(wǎng)絡(luò)層中，很多路由協(xié)議結(jié)合了數(shù)據(jù)融合技術(shù)來(lái)減少數(shù)據(jù)傳輸量。MAC層也能減少發(fā)送沖突和頭部開銷來(lái)達(dá)到節(jié)省能量的目的，同時(shí)也不能損失時(shí)間性能和信息完整性。當(dāng)然，數(shù)據(jù)融合是以犧牲延時(shí)等代價(jià)來(lái)?yè)Q取能量的節(jié)約。

　　7、數(shù)據(jù)管理

　　從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的角度來(lái)看，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看作分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)，以數(shù)據(jù)庫(kù)的方式在傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，可以使用戶只關(guān)心數(shù)據(jù)查詢和邏輯結(jié)構(gòu)，盡管在某種程度上影響了執(zhí)行效率，但是也可以顯著的增強(qiáng)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的易用性。

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有集中式、半分布式、分布式和層次式結(jié)構(gòu)，目前大多數(shù)研究集中于半分布式結(jié)構(gòu)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用網(wǎng)絡(luò)外部存儲(chǔ)、本地存儲(chǔ)和以數(shù)據(jù)為中心的存儲(chǔ)3種方式，其中以數(shù)據(jù)為中心的存儲(chǔ)在通信效率和能耗方面取得良好折中。

　　8、相關(guān)硬件技術(shù)

　　計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入硬件主要是各種傳感器，傳感器技術(shù)的發(fā)展能夠使計(jì)算機(jī)功能發(fā)揮出更加充分的作用，只有傳感器與計(jì)算機(jī)技術(shù)共同發(fā)展，才能設(shè)計(jì)出真正實(shí)用的系統(tǒng)。

　　隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及各種輸入輸出控制器都集中到同一芯片上，構(gòu)成穩(wěn)定而可靠，價(jià)格低廉的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展提供了必要基礎(chǔ)。