ZCS510無線傳感器網絡協調器

由于無線傳感器網絡的巨大應用價值，無線傳感器網絡已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的極大關注。目前，世界上很多國家都在無線傳感網絡方面投入了較大人力物力進行研究，我國對此也進行了了一些理論基礎的研究和實際開發。

美國自然科學基金委員會2003年制定了無線傳感器網絡研究計劃，投資3400萬美元，支持相關基礎理論的研究。美國國防部和各軍事部門都對傳感器網絡給予了高度重視，在C4ISR的基礎上提出了C4KISR計劃，強調戰場情報的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力，把傳感器網絡作為一個重要研究領域，設立了一系列的軍事傳感器網絡研究項目美國英特爾公司、美國微軟公司等信息工業界巨頭也開始了傳感器網絡方面的工作，紛紛設立或啟動相應的行動計劃。日本、英國、意大利、巴西等國家也對傳感器網絡表現出了極大的興趣，紛紛展開了該領域的研究工作。

但是傳感器網絡除了具有Ad Hoc網絡的移動性、斷接性、電源能力局限等共同特征以外，還具有很多其他鮮明的特點。這些特點向我們提出了一系列挑戰性問題：

(1) 通信能力有限。傳感器網絡的傳感器的通信帶寬窄而且經常變化，通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米。傳感器之間的通信斷接頻繁，經常導致通信失敗。由于無線傳感器網絡更多地受到高山、建筑物、障礙物等地勢地貌以及風雨雷電等自然環境的影響，傳感器可能會長時間脫離網絡，離線工作。如何在有限通信能力的條件下高質量地完成感知信息的處理與傳輸，是其面臨的挑戰之一。

(2) 電源能量有限。傳感器的電源能量極其有限。網絡中的傳感器由于電源能量的原因經常失效或廢棄。電源能量約束是阻礙傳感器網絡應用的嚴重問題。商品化的無線發送接收器電源遠遠不能滿足無線傳感器網絡的需要。傳感器傳輸信息要比執行計算更消耗電能。傳感器傳輸1位信息所需要的電能足以執行3000條計算指令。如何在網絡工作過程中節省能源，最大化網絡的生命周期，是面臨的第2個挑戰。

(3) 計算能力有限。無線傳感器網絡中的傳感器都具有嵌入式處理器和存儲器。這些傳感器都具有計算能力，可以完成一些信息處理工作。但是，由于嵌入式處理器和存儲器的能力和容量有限，傳感器的計算能力十分有限。如何使用大量具有有限計算能力的傳感器進行協作分布式信息處理，是面臨的第3個挑戰。

(4) 傳感器數量大、分布范圍廣。傳感器網絡中傳感器節點密集，數量巨大，可能達到幾百、幾千萬，甚至更多。此外，傳感器網絡可以分布在很廣泛的地理區域。傳感器的數量與用戶數量比通常也非常大。傳感器數量大、分布廣的特點使得網絡的維護十分困難甚至不可維護，傳感器網絡的軟、硬件必須具有高強壯性和容錯性。這是面臨的第4個挑戰。

(5) 網絡動態性強。傳感器網絡具有很強的動態性。網絡中的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性，并且經常有新節點加入或已有節點失效。因此，網絡的拓撲結構動態變化，傳感器、感知對象和觀察者三者之間的路徑也隨之變化。無線傳感器網絡必須具有可重構和自調整性。這是面臨的第5個挑戰。

(6) 大規模分布式觸發器。很多傳感器網絡需要對感知對象進行控制，如溫度控制。這樣，很多傳感器具有回控裝置和控制軟件。我們稱回控裝置和控制軟件為觸發器。成千上萬的動態觸發器的管理是面臨的第6個挑戰。

(7) 感知數據流巨大。傳感器網絡中的每個傳感器通常都產生較大的流式數據，并具有實時性。每個傳感器僅僅具有有限的計算資源，難以處理巨大的實時數據流。需要研究強有力的分布式數據流管理、查詢、分析和挖掘方法。這是面臨的第7個挑戰。