无线传感网是由部署在监测区域内大量的传感器节点,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线传感网技术发展的关键是克服节点资源限制(能源供应、计算及通信能力、存储空间),并满足传感器网络扩展性、容错性等要求。目前,无线传感器技术的研发重点有:
①路由协议的设计,无线传感网路由协议的侧重点在于:能量优先、基于局部拓扑信息、以数据为中心,以及从应用出发等。设计路由协议必须首先考虑如何在有限能量的前提下,延长无线传感网的生存期;为了节约能量,每个结点不能进行大量的数据计算,因此路由生成只能限制在局部拓扑信息上;无线传感网关注的是被监测区域的大量节点感知数据提供的信息,路由协议必须考虑对感知数据的需求、数据通信模式,以便形成以数据为中心的转发路径;同时,无线传感网路由设计者必须针对具体的应用需求去考虑路由协议。为减少了智能传感器和无线传感网的复杂性,目前无线传感网的标准制订工作也进展迅速。例如,国际电机及电子学工程师联合会1451工作组(IEEE1451)建立了一个智能传感器即插即用(plug-and-play)的标准,使所有符合标准的传感器能和其他仪器和系统一起工作。
②定位技术,节点位置的定位是传感器网络的基本功能之一是实现事件位置报告、目标跟踪、地理路由、网络管理等功能的前提。位置信息可以用于目标跟踪,实时监视目标的行动路线,预测目标的前进轨迹;可以直接利用结点位置信息,实现数据传递按地理的路由;根据结点位置信息构建网络拓扑图,实时统计网络覆盖情况,对结点密度低的区域及时采取必要措施,进行网络管理等。
③时间同步技术,无线传感网是一个分布式系统,分布式网络系统的协同工作需要一个表示整个系统时间的全局时间,以保持节点之间的时间同步。由于传感器网络的特点,以及在能量、价格等方面的约束,使得复杂的时间同步机制不适用于它,需要重新设计时间同步机制来满足传感器网络的要求。④数据融合技术,数据融合是指将多个传感器节点或者不同类型传感数据进行处理,以对事件做出准确判断。数据融合的技术方案和系统指标取决于实际应用需要,而利用节点的本地计算和存储能力处理数据的融合,达到数据备份与信息的准确性,又是传感器网络研究的一个重要课题。
⑤嵌入式操作系统技术,由于传感器节点控制的硬件资源非常有限,同时计算存储和通信等操作需要并发地调用系统资源,因此需要研究适合无线传感网的新型操作系统。以降低无线传感网应用程序的开发难度,提高开发效率,增强应用程序的移植性、扩展性。
⑥网络安全技术,无线传感网络面临的安全隐患主要有两类:信息泄露与空间攻击。有些无线传感网应用在军事与公共安全领域,要求安全性很高,另外一个实际传感器网络的节点数可能达到成千上万,极易受到攻击。如何保证任务执行的机密性、数据产生的可靠性、数据融合的高效性与数据传输的安全性成为无线传感网安全问题需要全面考虑的内容。
⑦能量采集技术,在野外环境有效供给节点能源,延长无线传感网生存期仍将是一个长期挑战。目前,无线传感网节点还主要依靠锂电池供电,但是环境能量采集等新技术已在加快开发中。如:德国Fraunhofer研究院开发了一个基于半导体的热力发电机,能将温差转换成电能,可依靠人体的热量作为能量来源,为植入身体的医疗健康设备提供电力。IMEC荷兰分部也在研究一个利用压电效应的能量采集设备,该设备能将机械振荡转换成大约40毫瓦的能量。而据英国IDTechEx公司预测,不久的未来能量采集将形成一个规模可达数十亿美元的市场。