無線傳感器網(wǎng)絡研究的主要問題有網(wǎng)絡協(xié)議、定位技術(shù)、時間同步、數(shù)據(jù)融臺、數(shù)據(jù)管理、嵌入式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡安全

路由協(xié)議的設計

  與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡路由協(xié)議的設計思路相比，無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議的側(cè)重點在于：能量優(yōu)先、基于局部拓撲信息、以數(shù)據(jù)為中心，以及與應用相關(guān)的因素。設計路由協(xié)議必須首先考慮如何在有限能量的前提下，延長無線傳感器網(wǎng)絡生存期。為了節(jié)約能量，每個結(jié)點不能進行大量的數(shù)據(jù)計算，因此路由生成只能限制在局部拓撲信息上。無線傳感器網(wǎng)絡中的很多結(jié)點分布感興趣的地區(qū)，部署者關(guān)心的是被監(jiān)測區(qū)域的大量結(jié)點的感知數(shù)據(jù)，而不是個別結(jié)點獲取的數(shù)據(jù)。路由協(xié)議必須考慮對感知數(shù)據(jù)的需求、數(shù)據(jù)通信模式與數(shù)據(jù)流向，以便形成以數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。同時，無線傳感器網(wǎng)絡實際直用場景和要求區(qū)別很大，設計者必須針對具體的應用需求去考慮路由協(xié)議。因此，無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議設計應該滿足：能量高效，具有可擴展性、魯棒性和能快速收斂。

定位技術(shù)研究

  在傳感器網(wǎng)絡中，位置信息對傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測活動至關(guān)重要，它是事件位置報告、目標跟蹤、地理路由、網(wǎng)絡管理等系統(tǒng)功能的前提。事件發(fā)生的位置或獲取信息的結(jié)點位置，是傳感器結(jié)點監(jiān)測報告中所包含的重要信息，沒有位置信息的監(jiān)測報告往往毫無意義。在環(huán)境監(jiān)測應用中，需要知道采集的環(huán)境信息所對應的具體區(qū)域位置。一旦監(jiān)測到事件發(fā)生之后，人們關(guān)心的重要問題就是事件發(fā)生的位置。例如森林火災現(xiàn)場位置、戰(zhàn)場上敵方車輛運動的區(qū)域、天然氣管道泄的具體地點，這些信息都是決策者進一步采取措施和做出決策的依據(jù)之一。位置信息可以用于目標跟蹤，實時監(jiān)視目標的行動路線，預測目標的前進軌跡；可以直接利用結(jié)點位置信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞按地理的路由；根據(jù)結(jié)點位置信息構(gòu)建網(wǎng)絡拓撲圖，實時統(tǒng)計網(wǎng)絡覆蓋情況，對結(jié)點密度低的區(qū)域及時采取必要措施，進行網(wǎng)絡管理。因此，結(jié)點位置的定位是傳感器網(wǎng)絡的基本功能之一。

時間同步技術(shù)

    分布式系統(tǒng)通常需要一個表示整個系統(tǒng)時間的全局時間，這個時間根據(jù)需要可以是物理時間或邏輯時間。物理時間用來表示人類社會使用的絕對時間，邏輯時間表達事件發(fā)生的順序關(guān)系，它是一個相對的概念。

    無線傳感器網(wǎng)絡是一個分布式系統(tǒng)，不同結(jié)點都有自己的本地時鐘。由于結(jié)點的晶體振蕩器頻率存在偏差以及溫度變化和電磁波干擾等，即使在某個時刻所有結(jié)點都達到時間同步，它們的時間也會逐漸出現(xiàn)偏差，而分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)的協(xié)同工作需要結(jié)點之間的時間同步，時間同步機制是分布式系統(tǒng)基礎框架中的一個關(guān)鍵機制。

    無線傳感器網(wǎng)絡應用中需要時間同步機制。由于傳感器網(wǎng)絡的特點，以及在能量、價格和體積等方面的約束，使得復雜的時間同步機制不適用于它，需要修改或重新設計時間同步機制來滿足傳感器網(wǎng)絡的要求。

數(shù)據(jù)融合技術(shù)

  由于無線傳感器網(wǎng)絡的基本功能是收集、傳輸傳感器結(jié)點所在監(jiān)測區(qū)域的信息，而傳感器結(jié)點受到能量與易失效性的約束，因此減少數(shù)據(jù)傳輸量以有效地節(jié)省能量，利用結(jié)點的本地計算和存儲能力處理數(shù)據(jù)的融合，通過數(shù)據(jù)融合(data aggregation)達到數(shù)據(jù)備份與信息的準確性，成為傳感器網(wǎng)絡研究的又一個重要的課題。

    無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合是指：將傳感器結(jié)點產(chǎn)生的多份數(shù)據(jù)或信息進行處理，組合出更有效、更符合用戶需求的數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)融合的方法普遍應用在日常生活中，人在辨別一個事物的時候通常會綜合視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等各種感官獲得的信息，對事物做出準確判斷。

在無線傳感器網(wǎng)絡的應用中，人們更多地是關(guān)心監(jiān)測的結(jié)果。而不需要收到大量原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)融合是通過處理傳感器的數(shù)據(jù)，得出準確的判斷的過程。例如，無線傳感器網(wǎng)絡在森林防火的應用中，需要對多個溫度傳感器探測到的位置、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進行融合，報告是否出現(xiàn)火災以及發(fā)生的位置。如果在目標識別應用中，由于各個結(jié)點的地理位置不同，針對同一目標所報告的圖像的拍攝角度不同，需要進行三維空間的考慮，因此數(shù)據(jù)融合的難度相對較大。數(shù)據(jù)融合技術(shù)的技術(shù)方案和系統(tǒng)的指標取決于實際應用的需求。

數(shù)據(jù)管理技術(shù)

    研究無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理技術(shù)的目的是：將網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)處理方法與網(wǎng)絡的物理實現(xiàn)方法分離，使無線傳感器網(wǎng)絡的用戶和應用程序只需要關(guān)心查詢數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而無需關(guān)心無線傳感器網(wǎng)絡具體如何獲取信息的細節(jié)。

    在實際應用中，應用程序通過對無線傳感器網(wǎng)絡獲取的感知數(shù)據(jù)進行查詢和分析，有效地對它所關(guān)心的環(huán)境進行監(jiān)測，獲得災害地區(qū)、城市交通管理系統(tǒng)的車輛監(jiān)控、軍事偵察的信息。

在這些應用中，數(shù)據(jù)通常包括兩類：一類是靜態(tài)數(shù)據(jù)，例如描述傳感器特性的信息；另一類是動態(tài)數(shù)據(jù)，是由傳感器自身感知的環(huán)境數(shù)據(jù)。由這些感知數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合類似于大型分布式數(shù)據(jù)庫，需要通過一個軟件系統(tǒng)來管理，即傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。因此，人們必須針對無線傳感器網(wǎng)絡的特點，研究網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型和查詢語言、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的存儲與索引技術(shù)、數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)。

嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)

    由于傳感器結(jié)點具有數(shù)量大、拓撲動態(tài)變化、攜帶非常有限的硬件資源等特點，同時計算存儲和通信等操作需要并發(fā)地調(diào)用系統(tǒng)資源，因此需要研究適合無線傳感器網(wǎng)絡的新型操作系統(tǒng)。在研究無線傳感器網(wǎng)絡的初期，研究人員并沒有重視這個問題。有研究人員認為無線傳感器網(wǎng)絡的硬件很簡單，沒有必要設計一個專門的操作系統(tǒng)，可以直接在硬件上編寫應用程序。但是，隨著研究工作的深入，人們發(fā)現(xiàn)面向無線傳感器網(wǎng)絡的應用程序開發(fā)難度很大，直接在硬件上編寫的應用程序無法適應多種服務。同時，軟件的重用性差。開發(fā)效率低，應用程序很難移植與擴展。因此，設計無線傳感器網(wǎng)絡的專用操作系統(tǒng)成為一個重要研究課題。

網(wǎng)絡安全技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡的安全技術(shù)研究是當前的熱點和富有挑戰(zhàn)性的課題。無線傳感網(wǎng)絡的安全隱患可以分為兩類：信息泄露與空間攻擊。有些無線傳感器網(wǎng)絡應用在軍事與公共安全領域，要求安全性很高，而無線傳感器網(wǎng)絡極易受到攻擊。無線傳感器網(wǎng)絡不僅要進行數(shù)據(jù)傳輸，而且要進行數(shù)據(jù)采集、融合和協(xié)同工作。傳感器結(jié)點本身受到計算與存儲資源、能源的限制，必須在計算復雜度和安全強度之間權(quán)衡。另外，一個實際傳感器網(wǎng)絡的結(jié)點數(shù)可能達到成千上萬，必須在單個結(jié)點的安全性與對整個網(wǎng)絡的安全影響之間權(quán)衡。因此，如何保證任務執(zhí)行的機密性、數(shù)據(jù)產(chǎn)生的可靠性、數(shù)據(jù)融合的高效性與數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕蔀闊o線傳感器網(wǎng)絡安全問題需要全面考慮的內(nèi)容。