1.1.2　無線傳感器網絡的特點及優勢

1. WSN與Ad hoc共有的特征

無線通信作為通信行業一個單獨的分支，已經取得了非常不錯的成果。而其中取得較好成果的有無線自組織網絡（Ad hoc網絡），這種網絡不需要固定的通信設備作為支撐，各個終端節點能夠自己構建自己的網絡域，動態實現網絡的互聯，而作為一種特殊的無線自組織網絡，無線傳感器網絡與無線自組織網絡一樣，具有以下特征。

（1）自組織。無線傳感器網絡和無線自組織網絡一樣，都是應用在地理條件比較惡劣或者人跡罕至的地方，因此減少了人為的干擾，增加了許多自然的不確定因素，比如節點的分布是隨機的，突然的泥石流或者人為破壞致使部分節點失效，需要新增加一些節點等。為了達到網絡所要求的可靠性，節點本身必須具有自組織成網絡的能力。在新增節點位置確定之后，節點能夠自己尋找其相鄰節點，實現相鄰節點之間的通信，通過多跳傳輸的方式搭建整個網絡，并且能夠根據節點的加入和退出來重新組織網絡，使網絡能夠穩定正常的運行。

（2）分布式。對于飛機隨機撒播的節點來說，每一個節點都具有同等的硬件條件，每一個節點的通信距離都是非常有限的，甚至在任意一個節點消亡之后網絡能夠立即重組，沒有哪個節點嚴格地控制網絡的運行，因此每個節點的地位都是同等重要的。任意一個節點加入或者退出網絡都不會影響網絡的運行，網絡的抗擊毀能力特別強。

（3）節點平等。除Sink節點之外，無線傳感器節點的分布都是隨機的，在網絡中以自己為中心，只負責自己通信范圍內的數據交換；每個節點都是平等的，沒有先后優先級之間的差別，每個節點既可以發送數據也可以接收數據，具有相同的數據處理能力和通信范圍。

（4）安全性差。對于自組織網絡來說，每一個節點的通信范圍是非常有限的，因此它只能跟自己通信范圍內的節點進行通信，采用的是無線信道。非相鄰節點之間的通信需要通過多跳路由的形式來進行，因此數據的可靠性沒有點對點通信高；另外，由于信道容易受到干擾、竊聽等，保密性能差，所以，無線傳感器網絡的保密性和安全性就顯得非常重要。對于無線傳感器網絡信道的加密、可靠、信道的抗干擾方面都要考慮周到，才能保證網絡的安全。

2. WSN特有的特征

盡管無線傳感器網絡與Ad hoc網絡具有許多相似的特征，早期的人們甚至認為無線傳感器網絡就是Ad hoc網絡加上Internet的一個延伸，但是后續的研究中所使用的無線傳感器網絡的技術與無線自組織網絡具有明顯的區別，無線自組織網絡致力于不依賴于任何通信基礎設備來實現數據的可靠、高效傳輸，而無線傳感器網絡是一種以數據為中心的無線網絡，同時還要考慮節點的自身條件，因此具有一些Adhoc網絡所沒有的特征，正是因為這些特征的存在決定了無線傳感器網絡不能與Adhoc網絡使用同樣的協議。

（1）計算能力不高。為了能夠更加精確地獲得被檢測區域內人們感興趣的一些信息，無線傳感器網絡在應用中采用大量撒播的形式來確定無線傳感器網絡，因此無線傳感器節點分布非常密集。從成本上來考慮，大量的節點決定了每個節點的成本不高，在限定的成本下采用的處理器處理速度就比較低，只能處理相對簡單的數據，并且節點的隊列緩存存儲長度也非常有限，不適用于特別復雜的計算和存儲，在傳感器網絡中就必須考慮到節點的擁塞控制，傳統的TCP/IP協議由于其運算的復雜性和對地址的要求，不能運用于無線傳感器網絡中，無線傳感器網絡必須重新提出自己的協議。

（2）能量供應不可替換。無線傳感器網絡中的節點是隨機撒播的，應用于一些環境惡劣或者人跡罕至的區域，加上節點的廉價限制，決定了無線傳感器節點電池不可替換，每一個節點都有自己的生命周期，因此如何在現有的條件下最大限度地節省傳感器節點的能量，延長節點的壽命成了協議要重點考慮的因素。節點的能量消耗主要集中在節點數據的收發和處理上，其中數據的收發占據了主要部分。例如，節點發送1 B的數據給10 m之外的另外一個節點所消耗的能量相當于節點執行300跳計算指令所消耗的能量。因此，要在節能與信息處理之間找到平衡點，許多節點甚至采用睡眠來最大限度地減少節點的運行時間，以此來延長節點的生命周期。

（3）節點變化性強。無線傳感器節點的特殊應用決定了無線傳感器節點有可能會因為自然或者人為的因素而發生變化，如擁塞導致的負載變化、節點的消亡等，無線傳感器網絡必須根據節點的這些變化來調整整個網絡的工作狀態，提高網絡的性能；另外，在網絡中還存在一些自由移動的節點，怎樣利用這些移動節點來進行通信也對網絡提出了挑戰，網絡的自組織和分布式等特點也決定了網絡必須能夠快速重新構造網絡，能夠動態地適應網絡的變化。

（4）大規模。無線傳感器網絡的安全系數不高導致數據可能會大量丟失，為了保證數據的可靠、高效傳輸，無線傳感器網絡通過采用大量的具有相同硬件設施的節點來采集數據，有許多節點甚至采集的數據是一樣的，這樣就能夠實現數據的冗余，保證數據最終能夠傳輸到目的節點。節點的撒播是大規模、隨機、無規律的，這也同時對無線傳感器網絡中的協議提出了一些新的要求，要求協議能夠處理好節點之間的通信問題，保證數據不擁塞，必要時還需要考慮數據融合等問題。

總的來說，無線傳感器網絡作為一個新興的無線通信網絡，具有傳統網絡無可比擬的優勢。