无线传感器网络研究热点问题和关键技术

andnonk

传感器网络以应用为目标，其构建是一个庞大的系统工程，涉及到的研究工作和需要解决的问题在每一个层面上都很多。对无线传感器网络系统结构及界面接口技术的研究意义重大。如果我们把传感器网络按其功能抽象成五个层次的话，将会包括基础层（传感器集合）、网络层（通信网络）、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。
其中，基础层以研究新型传感器和传感系统为核心，包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等，以降低能耗、提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力。还包括多通道传感器以及无线通信芯片的系统集成，以及嵌入式处理器的集成化。此外，还包括通过对嵌入式操作系统的研究，实现利用有效资源对整体系统进行高效率的事件处理、能源管理、命令处理和工作描述。另外，超低能耗的传感器节点的设计、各功能部件的接口及系统集成方法、与信号处理中心之间实现高速的通信以保证决策人做出迅速及时的反应也是研究的重点内容。目前这一代节点产品大都采用各类通用芯片（如普通八位微处理器，如Atmega128L，以及通用无线通信模块CC1000 等）和元器件进行集成开发。而某些面向2010 年的下一代节点将完全采用SOC 方法，以真正实现微型化并大大降低节点成本。这方面代表性的项目有非常有名的Smart Dust[ 4]。
网络层以通信网络为核心，实现传感器与传感器、传感器与用户之间的通信，对传感器节点进行有效的控制和管理，支持多传感器协作完成大型感知任务。需要展开的研究工作包括低能耗、高速率、长生命周期的无线传感器网络的随机自组织通信协议、通信方式及自重构、自调整性；无线传感器网络的可扩展性、容错性、可维护性及安全性、隐私性；传感器网络的特性（有别于已有的互联网和Ad hoc 无线网络）；适用于传感器网络的网络通信模式、支持传感器网络通信的各种协议、时间同步、任务分配与协调控制以及相应的软硬件资源等方面。
中间件层研究具有通用性能的标准中间层软件结构，负责传感器网络系统的资源管理、动态环境分析，以及普适应用的开发支持，如应用功能改换、功能扩展、系统升级、重复再利用等关键性能的实现。
数据处理和管理层以传感器数据管理与处理软件为核心，包括以数据为中心的实时分布式数据流管理、查询及相关信息处理技术；支持感知数据的采集、存储、查询、分析等各种数据管理和分析处理软件系统，新型统计算法、排除误差信息的方法、对大型分布式传感器阵列的协同处理、图象识别方法等
应用开发层由各种传感器网络应用软件组成。
显然，围绕实现网络整体低功耗运行，在基础层上针对传感器节点开展研究工作是整体传感器网络研究的起点和基础。以上提到的网络节点中涉及到的各项技术无疑是最为关键的一部分技术。此外，针对适合传感器网络特点、支持传感器网络工作的网络协议这一关键技术的研究也是极为重要和迫切的，将会直接影响整体工作水平和实用化的进程。