1.7.2　关键技术

无线传感器网络涉及的关键技术有很多，主要有以下几种：

1.时间同步

时间同步，就是要求无线传感器网络各自节点保持本地时钟的同步，或者按照要求达到某种精度的全网时间同步。时间同步是无线传感器网络的重要支撑技术之一，很多无线传感器网络的应用，如目标跟踪、节点定位、数据融合等都需要时间同步。

无线传感网络要完成复杂的监测任务，不仅需要分布在不同区域的大量的节点独立完成各自的任务，而且要求在时间上协同工作，将个各自采集的信息发送到汇聚节点进行分析处理。时间同步是无线传感器网络的一个关键技术，可以通过交换时间记录、交换时标分组、采用层次结构等方法实现全网时间同步。

2.节点定位

无线传感器网络中的节点定位技术是指传感器节点根据网络中少数已知节点的位置信息，通过一定的定位技术确定网中其他节点的位置信息的技术。无线传感器网络的许多应用都要求节点知道自身的位置信息，这样才能向用户提供有用的检测服务。

我们最熟悉的定位技术是全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS），但其成本高，功耗大，并且在有遮挡的地方会失效。因此通常采用三角测量、多边计算、极大似然估计等定位方法确定节点的位置信息。根据是否与距离相关，定位方法被分为两大类：基于距离的定位方法和与距离无关的定位方法。

3.拓扑控制

拓扑控制是用于实现网络的连通而自动生成的良好的网络拓扑结构。拓扑控制能够节省节点的能量，延长网络的寿命，提高网络协议的效率。

①拓扑控制可以从节点功率入手，增大或减小节点的功率，改变节点的连通区域，从而控制没必要的能量消耗。

②拓扑控制还可以设置节点的睡眠唤醒模式，没有事件发生时通信模块被设为睡眠模式。有事件发生时可以自动醒来，通过节点交替工作来保证无线传感器网络的正常运行。

③除了从功率控制和节点模式控制，也可以利用层次型的拓扑控制中的簇头节点来节省能量。除了簇头节点形成的主干网以外，其他非主干网进入休眠状态，暂时关闭通信模块。目前提出了LEACH和HEED自组织成簇算法、TopDisc成簇算法等。

4.数据融合

被部署的各个节点如果单独传送数据到基站将会消耗很多的能量，而且有大量的冗余数据。这时就需要在节点收集数据的过程中，利用节点的本地计算和存储能力将数据进行融合和压缩。数据融合不仅可以去除冗余信息，而且大大节省了能量，提高无线传感器的通信效率。任何一种事物都具有两面性，数据融合同样也有它的弊端。首先增加了传输的时延，在数据传输过程中需要等待其他数据的到来，增加了网络的平均延迟。其次降低了其健壮性，可能会丢失更多有用的信息。

5.网络协议

由于无线传感器网络节点的硬件资源有限和拓扑结构的动态变化，网络协议不能太复杂但又要高效，目前研究的重点是数据链路层协议和网络层协议。数据链路层的介质访问控制用来构建底层的基础结构，控制传感器节点的通信过程和工作模式，目前主要有固定分配信道和随机访问信道控制方式。网络层的路由协议决定信息的传输路径，目前主要有基于查询的路由协议、基于能量的路由协议、基于地理位置的路由协议和基于QoS的路由协议。

6.能量管理

传感器网络存在能量约束问题，它的一个重要设计目标就是高效使用传感器节点的能量，在完成应用要求任务的前提下，尽量延长整个网络系统的生存期。无线传感器网络的能量管理主要体现在传感器节点电源管理和有效的节能通信协议上。

7.安全机制

由于部署环境和传播介质的开放性，无线传感器网络很容易受到恶意的攻击，保证无线传感器网络任务的机密性、数据产生的可靠性和数据传输的安全性显得极为重要。我们的研究人员需要设计出简单精巧、安全强度可控以及适应力强的安全算法。只有充分考虑无线传感器网络的通信安全和信息安全，无线传感器网络才会有一个坚硬不可摧毁的外壳。