无线传感器网络是一个多跳自组织网络,由大量传感器节点部署在监测区域,通过无线通信形成。无线传感器网络技术发展的关键是克服节点资源限制(能源供应、计算、通信能力、存储空间),满足传感器网络的可扩展性和容错性要求。目前,无线传感器技术的研发重点是: ①在路由协议的设计中,无线传感网络路由协议的重点是:能量优先级、基于局部拓扑信息、以数据为中心、从应用程序等。路由协议的设计必须首先考虑如何在有限能量的前提下延长无线传感网络的生存期;为了节约能源,每个节点不能计算大量数据,因此路由生成仅限于局部拓扑信息;无线传感网络关注监测区域大量节点传感数据提供的信息,路由协议必须考虑传感数据的需求和数据通信模式,形成以数据为中心的转发路径;无线传感网络路由设计师必须考虑路由协议的具体应用需求。为了降低智能传感器和无线传感网络的复杂性,无线传感网络的标准制定也取得了快速进展。例如,国际电机和电子工程师联合会1451工作组(IEEE1451)建立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。位置信息可用于目标跟踪,实时监控目标行动路线,预测目标前进轨迹,根据地理路由直接利用结点位置信息传输数据络拓扑图,实时统计网络覆盖,及时采取必要措施进行网络管理。 ③时间同步技术,无线传感器网络是一个分布式系统,分布式网络系统的协同工作需要一个整体时间来表示整个系统的时间,以保持节点之间的时间同步。由于传感器网络的特点,以及能源和价格的限制,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数据集成技术,数据集成是指处理多个传感器节点或不同类型的传感数据,以准确判断事件。数据集成的技术解决方案和系统指标取决于实际应用程序的需要,而数据备份和信息的准确性也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,因为传感器节点控制的硬件资源非常有限,计算存储和通信操作需要并发调用系统资源。为了降低无线传感网络应用程序的开发难度,提高开发效率,提高应用程序的移植性和可扩展性。 ⑥网络安全技术,无线传感器网络主要面临两种安全风险:信息泄露和空间攻击。一些无线传感器网络应用于军事和公共安全领域,需要高安全性。另一个实际传感器网络的节点数可能达到数千个,很容易受到攻击。如何确保任务执行的机密性、数据生成的可靠性、数据集成的效率和数据传输的安全已成为无线传感器网络安全问题需要综合考虑的内容。 ⑦能源收集技术在现场环境中有效地提供节点能源,延长无线传感器网络的生存期仍将是一个长期的挑战。目前,无线传感器网络节点仍主要依靠锂电池供电,但环境能源收集等新技术正在加快发展。例如:德国Fraunhofer研究所开发了一种基于半导体的热发电机,可以将温差转化为电能,并可以依靠人体的热量作为能源,为植入人体的医疗和健康设备提供电力。IMEC荷兰分公司还在研究一种利用压电效应将机械振荡转化为约40毫瓦能量的能量收集设备。据英国介绍IDTechEx该公司预测,在不久的将来,能源收集将形成一个数十亿美元的市场。