1.4　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)具有不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，這對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提出了新的挑戰(zhàn)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展在基礎(chǔ)理論和實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面提出了大量富有挑戰(zhàn)性的研究課題，主要體現(xiàn)在5個(gè)方面：低能耗、實(shí)時(shí)性、低成本、安全和抗干擾、協(xié)作。

1. 低能耗

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源能量極為有限，又因?yàn)樗ǔ９ぷ髟谖ｋU(xiǎn)或人們無(wú)法到達(dá)的環(huán)境中，所以在大多數(shù)情況下無(wú)法補(bǔ)充能量，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)由于電源能量耗盡而失效或廢棄，這就要求在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的過(guò)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要最小化自身的能量消耗，以獲得最長(zhǎng)的工作時(shí)間，因而在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中各項(xiàng)技術(shù)和協(xié)議的使用一般都是以節(jié)能為前提的。

2. 實(shí)時(shí)性

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大多要求有較好的實(shí)時(shí)性。例如，目標(biāo)在進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域之后，傳感器網(wǎng)絡(luò)需要在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)這一事件做出響應(yīng)，若反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則目標(biāo)可能已離開(kāi)監(jiān)測(cè)區(qū)域，從而使得到的數(shù)據(jù)失效；又如，車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)需要在很短的時(shí)間內(nèi)讀一次加速度儀的測(cè)量值，否則將無(wú)法正確估計(jì)速度，甚至導(dǎo)致交通事故，這些應(yīng)用都對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

3. 低成本

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的價(jià)格會(huì)極大程度地影響系統(tǒng)的成本。為了達(dá)到降低單個(gè)節(jié)點(diǎn)成本的目的，需要設(shè)計(jì)出對(duì)計(jì)算、通信和存儲(chǔ)能力均要求較低的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通信協(xié)議。此外，還可以通過(guò)減少系統(tǒng)管理與維護(hù)的開(kāi)銷(xiāo)來(lái)降低系統(tǒng)的成本，這需要無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有自配置和自修復(fù)的能力。

4. 安全和抗干擾

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有嚴(yán)格的資源限制，需要設(shè)置低開(kāi)銷(xiāo)的通信協(xié)議，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。由于有些傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置在室內(nèi)，也有許多設(shè)置在戶(hù)外，人們會(huì)在各種環(huán)境下部署節(jié)點(diǎn)，所以節(jié)點(diǎn)必須具備良好的抗干擾能力，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可能存在極寒冷、極炎熱、極干或極濕等惡劣條件，這些都不能對(duì)節(jié)點(diǎn)的感知產(chǎn)生影響，也不能對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的電路運(yùn)行產(chǎn)生影響，同時(shí)也不能對(duì)節(jié)點(diǎn)間的信息傳遞產(chǎn)生影響。關(guān)于這些就相當(dāng)考驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，不僅要考慮節(jié)點(diǎn)的外殼設(shè)計(jì)，還要考慮內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)。因此，如何使用較少的能量完成數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、入侵檢測(cè)，以及在被破壞或受干擾的情況下可靠地完成任務(wù)，也是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究與設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

5. 協(xié)作

由于單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的能力有限，往往不能單獨(dú)完成對(duì)目標(biāo)的測(cè)量、跟蹤和識(shí)別工作，需要多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采用一定的算法通過(guò)交換信息，對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、匯總和過(guò)濾，并以事件的形式得到最終結(jié)果。數(shù)據(jù)在協(xié)作傳遞過(guò)程中涉及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)的能量消耗問(wèn)題，也是目前研究的熱點(diǎn)之一。