浅谈无线传感网络和目前面临的困难

浅谈无线传感网络和目前面临的困难

随着半导体技术、微系统技术、计算机技术和无线通信等技术的飞速发展，使传感器在微小体积内能够集信息采集、数据处理和无线通信等功能于一体，推动了低功耗多功能传感器应用的快速成长。无线传感网络(wirelesssensornetwork，WSN)就是由大量部署在监测区域内的这类传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，能协作的感知、采集和处理网络覆盖区域的监测信息，并发送给观察者。它作为全球未来十大技术之一，正越来越受到人们的重视。它在军事、医疗、家用、环境监测等多个领域均有广阔的应用市场。

无线传感网络是由部署在监测区内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的楚协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信怠，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。

无线传感网络的传感器可以由许多种不同类型构成，如：震动的，低取样率电磁的，热力的，可视的，声学的和雷达等，能监视大范围外界条件。如：温度，湿度，车辆移动，光条件，艇力，污染，噪声，某一对象出现或消失，机械力，当前对象属性等。能够，。泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车问和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。

传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。

大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。

无线传感网络面临的困难

管无线传感网络应用前景广阔，就现有的技术发展水平来说，让无线传感网络大量投入正常运行并达到预期目标还面临饕许多困难，需要许多关键技术的解决：

传感器节点的工艺和产品成本问题

无线传感网络中的节点一般为电池供电，有效电量非常有限，丽且由于应用环境与节点数景关系，电池更换是不可能的。但是无线传感网络的生存时间却要求长达数胃甚至数年，一旦传感节点能量用尽，只能采取放弃或替代。因此能否节约电池能量成为无线传感网络软硬件设计中的关键问题之一。

现代传感嚣技术从单一的物性型进入以微电子和微机械集成技术为主导的发展阶段。集成工艺的发展，将微传感器、微驱动器、微执行器以及信号处理器和电路、接口、通讯和电源等组成一体化系统。美国制造了在2cm~0.15cm的体积内，由3个陀螺和3个加速度计组成的微型惯性导航系统。该系统的质量为距，体积只有小型惯性导航系统的0.1％。智能化尘粒传感器已达到舯级，国内在制造工艺方西还有欠缺。

虽然节点微型化使各部件能耗降低，研究机构对电池的改进使传感网络生命期得翻延长。但仍存在低电压或节点执行某项操作所需尖端电流不够而影响传感网络功能的有效性。”。这也是弱前值碍关注的方强。

网络的组织和管理

在传感器黼络应用中，通常传感器节点被放鬣在没有基础结构的造方。传感器节点的位置不能预先设定，节点间的邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撤大量传肄器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织和自管理的能力。网络组织和管理的焦点是如何在能量有效的前提下，通过自行检测自

身的能量水平及分布情况，通过分布式的处理，选择合适的网络拓扑结构，不断调整，实现能量使用的最优。目前，无线传感网络的基本网络拓扑可分为三种：基于簇(Cluster)的分层结构，基于网(Mesh)的平面结构和基于链(Chain)的线结构。

数据在网络中的传输

目前无线传感网络中数据传输的路由算法基本上都是以泛洪算法为基础，通过增加一定的约束条件而形成。为了保证在个别节点失效或个别通信链路失效的情况下，不至于引起网络分立或检测数据不完整，往往在检测区域布置数量非常大的传感器节点，如此感知的信息具有很大的冗余度，这就需要具有一定属性的多个传感器节点采用一定的算法通过对所获得的数据进行加工、汇总和过滤，实现传感器数据融合，降低数据冗余，减少网络的通信量，以节约网络能量。因此如何提高带宽效率和能量效率，数据的传递和信息协作都关系到网络协议的设计和能量的消耗，这也是目前的研究热点之一。

从用户的角度来看，整个无线传感网络更像一个数据库，可以从里面查询需要的信息。如何按照一定的属性查询信息是个重要的课题，它包括查询数据的组成形式、查询数据的路出选择等，合理的选择查询属性和路由可以有效地节省能量。还有数据的广播，如何使有用的信息快速准确的传播到需要使用这些信息的节点处，同时又不造成广播泛滥，节省宝贵的能量也是亟待解决的问题。

传感器节点的定位问题

在传感器网络中，位置信息对传感器网络的监测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息，没有位置信息的监测消息往往毫无意义。确定事件发生的位置或获取消息的节点位置对传感器网络应用的有效性起着关键的作用。

传感器网络的各种应用中，监测到事件之后关心的一个重要问题就是该事件发生的位胃。如在环境监测应用中需要知道采集的环境信息所对应的具体区域位置；对于突发事件，如需要知道森林火灾现场位置，战场上敌方车辆运动的区域，天然气管道泄漏的具体地点等。而无线传感器节点通常随机布放在不同的环境中执行各种监测任务，最常见的例子是用飞机将传感器节点布放到指定的区域中，以自组织的方式相互协调工作。随机布放的传感器节点无法事先知道自身位置，因此传感器节点必须能够在布放后实时地进行定位。如果传感器节点有了相应的位置标记，对区域化簇的形成，区域化路由的建立，避免信息在整个网络中的扩散，实现定向的信息查询，提高数据融合的正确性，有利于区域化管理，目标跟踪，实时监视目标的行动路线，预测目标的前进轨迹等，也更有效地节约网络能源消耗。

目前主要的研究方向利用GPS定位系统，另一个主要的研究方向预先摆放一定量的锚节点(这种节点带有定位系统)，其他普通节点随机摆放，借助其他手段确定自身定位。

无线传感器网络安全性问题和抗干扰问题

与普通的网络一样，传感器接收命令和传送信息也面临着安全性的考验。无线传感网络可能工作于敌对区域，敌人可以窃听无线信道的数据：可以发送伪造信息，可以针对网络协议，设立伪造网关，使得节点信息无法向监控中心传输，如何利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份认证等，在破坏或受干扰的情况下可靠的完成执行的任务也是一个重要的研究课题。即使是对称密钥算法，密钥过长、时间和空间的复杂度大的算法也不适用于传感网络。本文在重点分析以上定位技术重要性和实现算法基础上，针对常见的无线传感网络的虚假汇聚点提出了具有区域性的安全检测方法。