一文看懂無線傳感網(wǎng)的問題和挑戰(zhàn)

　　什么是無線傳感網(wǎng)

　　無線傳感網(wǎng)是由一組無線傳感器節(jié)點以ad hoc（自組織）方式組成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作的感知，收集和處理無線傳感網(wǎng)所覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并傳遞給觀察者。

　　無線傳感網(wǎng)的特點

　　1、無線傳感網(wǎng)規(guī)模大，密度高

　　2、傳感器節(jié)點的能量、計算能力和存儲能量有限

　　3、無線傳感網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易變化，具有自組織能力

　　4、具有網(wǎng)絡(luò)的自動管理能力和高度協(xié)作性

　　5、傳感器節(jié)點具有數(shù)據(jù)融合能力

　　6、無線傳感網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)

　　7、安全性問題嚴(yán)重

　　無線傳感網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

　　1、無線傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　典型的無線傳感網(wǎng)結(jié)構(gòu)由分布式傳感器節(jié)點組成

　　節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，并通過多跳方式將信息傳送給基站

　　無線傳感網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，多為分簇形式

　　2、無線傳感網(wǎng)節(jié)點結(jié)構(gòu)

　　無線傳感器節(jié)點是一個微型化的嵌入式系統(tǒng)

　　由數(shù)據(jù)采集的感知單元，數(shù)據(jù)處理和存儲的處理單元，通信收發(fā)的傳輸單元和節(jié)點供電的能源供給單元四部分組成。

　　無線傳感網(wǎng)面臨的問題

　　無線傳感網(wǎng)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，主要受到能源限制，計算處理能力受限，通信能力受限的約束。所以他要面臨很多挑戰(zhàn)性的問題，研究中必須考慮能源問題，價格問題，體積問題等。

　　無線傳感網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

　　1、低能耗

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電源極為有限，又因為它通常工作在危險或人們無法到達(dá)的環(huán)l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用境中，所以在大多數(shù)情況下無法補充能量，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點會由于電源能量耗盡而失效或廢棄，這就要求在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運行的過程中，每個節(jié)點都要最小化自身的能量消耗，獲得最長的工作時間；因而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各項技術(shù)和協(xié)議的使用一般都以節(jié)能為前提。

　　2、實時性

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大多要求有較好的實時性。例如，目標(biāo)在進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域之后，傳感器網(wǎng)絡(luò)需要在一個很短的時問內(nèi)對這一事件做出響應(yīng)，若其反應(yīng)的時間過慢，則可能目標(biāo)已離開監(jiān)測區(qū)域，從而使得到的數(shù)據(jù)失效。又如，車載監(jiān)控系統(tǒng)需要在很短的時間內(nèi)就讀一次加速度儀的測量值，否則無法正確估計速度，導(dǎo)致交通事故，這些應(yīng)用都對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實時性設(shè)計提出了很大的挑戰(zhàn)。

　　3、低成本

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的傳感器節(jié)點組成的，單個傳感器節(jié)點的價格會極大程度地影響系統(tǒng)的成本。為了達(dá)到降低單個節(jié)點成本的目的，需要設(shè)計出對計算、通信和存儲能力均要求較低的簡單網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通信協(xié)議。此外，還可以通過減少系統(tǒng)管理與維護(hù)的開銷來降低系統(tǒng)的成本，這需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有自配置和自修復(fù)的能力。

　　4、安全和抗干擾

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有嚴(yán)格的資源限制，需要設(shè)訃低開銷的通信協(xié)議，同時也會帶來嚴(yán)重的安全問題。由于傳感器節(jié)點有些會設(shè)置在屋內(nèi)，也有許多會設(shè)置在戶外，會在各種環(huán)境下部署節(jié)點，所以節(jié)點必須具備良好的抗干擾能力，現(xiàn)場環(huán)境可能極寒冷、極炎熱、極干或極濕等惡劣條件，這些都不能對節(jié)點的感知產(chǎn)生影響，也不能對節(jié)點內(nèi)的電路運作產(chǎn)生影響，同時也不能對節(jié)點間的信息傳遞產(chǎn)生影響。關(guān)于這些就相當(dāng)考驗節(jié)點的設(shè)計，不僅要考慮節(jié)點的外殼設(shè)計，還要考慮內(nèi)部電路的設(shè)計。因此，如何使用較少的能量完成數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、入侵檢測及在破壞或受干擾的情況下可靠地完成任務(wù)，也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究與設(shè)計面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

　　5、協(xié)作

　　由于單個傳感器節(jié)點的能力有限，往往不能單獨完成對目標(biāo)的測量、跟蹤和識別工作，而需要多個傳感器節(jié)點采用一定的算法通過交換信息，對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、匯總和過濾，并以事件的形式得到最終結(jié)果。數(shù)據(jù)的協(xié)作傳遞過程中涉及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計和節(jié)點的能量消耗問題，也是目前研究熱點之一。

　　無線傳感網(wǎng)的發(fā)展趨勢

　　1、無線多媒體傳感網(wǎng)

　　2、泛在傳感網(wǎng)

　　3、基于認(rèn)知功能的傳感網(wǎng)

　　4、基于超寬帶技術(shù)的無線傳感網(wǎng)

　　5、基于協(xié)作通信技術(shù)的無線傳感網(wǎng)