WSN分布式传感器网络数据收集与监控系统设计(5)
2.3.2 核心支撑技术
WSN数据采集的核心支撑技术就是通过网络通信协议来提供服务，并通过应用服务接口来屏蔽底层网络的细节，使终端用户可以方便地对WSN各感知节点采集到的数据进行操作。它的核心技术包括能量挖掘、能量节省管理、拓扑控制、节点定位、时间同步、网内信息处理、网络安全等方面。
节点的能量大小成为WSN数据采集发挥效能的瓶颈，它关系到网络数据采集周期的多少。在尽量通过网络通信协议来提高能效的同时，有必要对节点自身能量进行进一步的提高。WSN节点的能量供应系统应根据自身特点来进行设计，传感器节点功耗较低，但功耗变化范围比较大。如果利用能量挖掘技术从环境中挖掘能量。使节点具有能量自我补充的能力，这将从根本上解决节点的能量供给问题。典型的方法是利用能量挖掘装置。可以挖掘各类如太阳能、风能、温差、振动等形式的能量。而在能量管理方面，由于WSN节点多。覆盖范围大，工作环境复杂，能源无法替换，设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。休眠机制是节省能源的最有效方式之一，如何进行休眠调度而不影响传感器网络的正常运行十分重要，而好的路由机制也能进一步节省能源。因此，能量管理方面主要通过网络通信协议的合理设计来实现。
定位技术主要是节点定位，即确定传感器的每个节点的相对位置或绝对位置。WSN系统在进行数据采集过程中，要准确地知道每个节点的具体位置，这样才有利用实行准确的监控。比如军事监控，对敌方目标的跟踪是以目标的准确位置为基准的。当然，安全问题是也WSN面临的一个关键的问题。WSN大部分采用无线射频连接，无线电电磁的干扰使信噪比变差导致无法通信。而人为的干扰可以采用被动的方式监听网络中传送的数据包。还可以对监听到的数据包进行解析，主动发出人侵数据包以非法窃取或者修改某些重要信息，或者针对WSN能量有限性的特点，发送大量无用的数据包导致能量耗尽而瘫痪。当前对WSN数据安全方面的研究集中在基于计算能力以及通信能力有限状态下的自适应安全机制。这类研究致力于加密与消息认证机制以及在密钥组管理。
2.3.3 自组织管理
多变的网络状态及变化的外在环境要求WSN数据采集中具有自组织能力，能够自动组网运行、自行配置文护并适时转发监测数据。自组织管理技术使用网络通信协议提供的服务。通过网络管理接口来屏蔽底层的细节，使终端用户可以方便地管理资源分配。其自组织管理技术包括节点管理、资源和任务管理、数据管理、初始化与系统文护等。
2.3.4 开发与应用
作为一种源于应用而又服务于应用的现行网络技术，WSN数据采集还要有完整的软硬件设计系统，高效的开发平台以及一系列别具特色的应用实例。其内容包括：仿真平台的建立，采集硬件系统开发、操作系统、软件开发、环境监测应用、目标追踪应用等。这些关键技术相互交叉，并不是完全独立的。其中网络通信协议的设计是WSN数据采集的重点，它是为核心支撑技术服务的。然而，核心支撑技术的研究也离不开网络通信协议的设计，自组织网络的管理及通信平台的开发应用也离不开网络通信协议的设计。因此，笔者后面的阐述均是基于网络通信协议研究的基础之上的。
2．4 WSN数据采集面临的主要挑战
无线传感器网络是以数据为中心的网络。其应用往往与数据采集密不可分，因此设计有效的网络数据采集机制是至关重要的问题。与传统网络相比，传感器网络因其自组织结构与资源有限的特点，在数据采集上主要面临以下挑战[4-7]：
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