WSN分布式传感器网络数据收集与监控系统设计(4)
5)容错性。在WSN中，传感器节点经常会由于能量耗完等原因而失效。由于WSN应用环境的特殊性，很难对这些失效节点进行有效的文护和更换。因此，无线传感器网络必须要有较强的容错性，当网络的传感器节点失效，网络发生变化时，它应该能够通过自动重新规划整个网络，以保证网络正常运行。
上面5个WSN的评价指标不只是评价无线传感器网络的标准，也是无线传感器网络设计的优化目标。
2．2 WSN中数据采集的特点和要求
从无线传感器网络的功能结构来看，可以将无线传感器网络的功能结构抽象为基础层、网络层、数据管理与处理层和应用层。其中，数据管理与处理层的功能包括对感知数据进行采集、存储、查询、分析、挖掘等操作，使用户获得有价值的信息，从而为用户提供有效的决策支持。因此，数据采集是无线传感器网络的重要研究问题之一。
在实际应用中，人们往往只是用无线传感器网络来确定某个被感知区域的某种观测指标（如温度、湿度、压力、磁场强度等）的值，而不是仅仅某个传感器节点的探测值。这反映了无线传感器网络以数据为中心（Data Centric）的特点[19]。传统网络传送的数据却往往要和节点的物理地址联系起来。以数据为中心的无线传感器网络不能原样照搬传统网络的数据采集方式，传感器节点有限的能量和用户的实际需求也要求不能将原始数据源源不断地直接发送给用户。因此，对无线传感器网络数据的处理必须要迎合以数据为在中心的特点，将从多个传感器节点提取出来的信息进行适当的处理后再传送给用户。
以数据为中心的传感器网络的基本思想是,把传感器视为感知数据流或感知数据源,把传感器网络视为感知数据空间或感知数据库,把数据管理和处理作为网络的应用目标。表面看来，只要将无线传感器网络采集的数据组成数据库，让用户如同使用通常的数据库管理系统和数据采集系统一样处理感知数据就可以了。但是，与传统数据库管理的数据对象相比， 无线传感器网络感知数据又有了许多新的特征[20]：首先，感知数据只是被感知物质现象在时域和空域的离散采样，难以直接回应复杂的数据查询；其次，无线传感器网络数据传输丢包率高、传感器节点故障频繁、网络拓扑结构不断变化，因此获得的感知数据是不完整和不精确的；再者，无线传感器网络覆盖域、分布密度高，将产生巨量的在时域和空域上冗余的感知数据，数据规模远远超出传统的数据库。因此，对无线传感器网络来说，有效的数据采集机制，应有助于复杂数据的查询处理，能够识别异常的测量数据、预测丢失或测量点外的信息，能够有效去除感知数据中的冗余内容，降低需要存储和传输的数据规模[21]。
显然，感知数据管理和处理技术的研究是一项实现高效率传感器网络的重要和关键的任务。但到目前为止,感知数据管理和处理技术的研究还不多,还有大量的问题需要解决。感知数据管理与处理技术的研究是数据库界面临的新任务和新挑战,也为数据库界提供了新机遇。
2．3 WSN数据采集的关键技术
WSN数据采集中所涉及的内容包含多个学科，其关键技术可以分为4个部分，即网络通信协议，核心支撑技术、自组织管理、开发与应用。
2.3.1 网络通信协议
由于传感器节点能量很受限，其计算、存储和通信能力十分有限，每个节点只能获取局部网络的信息，因而节点上所运行的网络通信协议不能太复杂；同时，WSN拓扑结构和外界环境也是不断地变化，对通信协议的设计也提出了更高的要求。WSN通信协议包括物理层、数据链路层、网络层和传输层，它们相互配合的运行。WSN网络通信协议关系到WSN的构造，能量与网络的有效运作，因此，目前成为通信领域设计的热点。IEEEl451。5无线标准为网络通信协议的设计提供了一个平台[6]。目前的研究有单独在某一层的某个方面的性能优化。也有多层之间性能综合优化，即跨层设计。
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