无线传感器网络的研究热点浅析

无线传感器引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的极大关注。美国军方有包括C4KISR计划、Smart Sensor Web、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统CEC等研究。

美国Intel公司在2002年进行了基于微型传感器网络的新型计算发展规划。

NSF于2003年制定了传感器网络研究计划。

美国Dust Networks和Crossbow Technologies等公司研究的“智能尘埃、Mote”已进入应用测试。在英国、日本、意大利等国家，已经开展了该领域的研究工作。

我国也开展了这一领域的研究工作，具体内容包括无线传感器结点的硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等。目前正处于研究和开发阶段，这是一个很有意义的课题，是从理论到实践都需要大量研究的课题。

目前研究热点

在通信协议方面，包括物理层协议，研究传感器网络采用的传输媒体、频段选择及调制方式；数据链路层协议；网络层协议（主要指路由协议；平面路由协议等）。

在传感器网络管理方面，主要的研究热点是能量管理，数据传送所带来的能耗最大，研究休眠、唤醒，以及采用发送功率低的RF等。控制节点对能量的使用，在各层上都可使用，如操作系统、物理层、链路层、路由协议等内容。

另外，还有安全管理的内容，包括传统的无线电电磁干扰方式和对路由机制进行攻击。侵入节点发送误警数据，侵入节点致使网络的某些节点和某些网段互发大量的无用数据，使能量很快耗尽，传感器网络分立，形成监测黑洞，无法完成正常监测工作。在研究中，可以探索采用扩频通信、传感器节点接入认证、鉴权、数据水印和数据加密等技术提高网络的安全性。

数据查询管理。COUGAR系统能测试感知数据查询技术性能，提出了在传感器网络上计算聚集函数的容错和可扩展算法，并探索了把传感器网络表示为数据库的思想，探讨了如何把分布式查询处理技术应用于感知数据查询的处理。在加州大学伯克利分校，研究人员研究了传感器网络的数据查询技术，提出了实现可动态调整的连续查询的处理方法和管理传感器网络上多查询的方法，应用数据库技术实现了传感器网络上的数据聚集函数，提出了在低能源、分布式无线传感器网络环境下实现聚集函数的方法，并研制了一个感知数据库系统TinyDB。南加州大学研究了传感器网络上的聚集函数的计算方法，提出了节省能源的计算聚集的树构造算法，并通过实验证明了无线通信机制对聚集计算的性能有很大的影响。

应用支撑服务，研究时间同步、传感器网络中的通信协议和应用、节点定位等。

典型应用

2002年春，大鸭岛生物监测项目研究开始，在远端利用Mote形成的网络观察动物的栖息地环境。该成果可以通过环境光线、温度……等变化的传感器节点，藉由形成的无线传感器网络远端观察环境，并且长时间搜集环境的变化资料。

Senera的系统，可用于监测桥梁、高架桥、高速公路等道路环境。对许多老旧的桥梁，桥墩长期受到水流的冲刷，传感器能放置在桥墩底部、用以感测桥墩结构；也可放置在桥梁两侧或底部，搜集桥梁的温度、湿度、震动幅度、桥墩被侵蚀程度等，能减少断桥所造成生命财产的损失。

NASA的空间探测设想，可以通过传感器网络探测、监视外星球表面情况，为人类登陆作准备，它通过火箭、太空舱或探路者进行散播。

类似的典型应用还很多，可以扩展到各行各业中去。

(本文根据汪文勇在CERNET第十二届学术年会上的演讲整理，有删节）