1.4　无线传感器网络所面临的挑战

无线传感器网络具有不同于传统数据网络的特点，这对无线传感器网络的设计与实现提出了新的挑战，无线传感器网络的发展在基础理论和实现技术层面提出了大量富有挑战性的研究课题，主要体现在5个方面：低能耗、实时性、低成本、安全和抗干扰、协作。

1. 低能耗

无线传感器网络节点的电源能量极为有限，又因为它通常工作在危险或人们无法到达的环境中，所以在大多数情况下无法补充能量，网络中的传感器节点会由于电源能量耗尽而失效或废弃，这就要求在无线传感器网络运行的过程中，每个节点都要最小化自身的能量消耗，以获得最长的工作时间，因而在无线传感器网络中各项技术和协议的使用一般都是以节能为前提的。

2. 实时性

无线传感器网络的应用大多要求有较好的实时性。例如，目标在进入监测区域之后，传感器网络需要在一个很短的时间内对这一事件做出响应，若反应时间过长，则目标可能已离开监测区域，从而使得到的数据失效；又如，车载监控系统需要在很短的时间内读一次加速度仪的测量值，否则将无法正确估计速度，甚至导致交通事故，这些应用都对无线传感器网络的实时性设计提出了很高的要求。

3. 低成本

无线传感器网络是由大量的传感器节点组成的，单个传感器节点的价格会极大程度地影响系统的成本。为了达到降低单个节点成本的目的，需要设计出对计算、通信和存储能力均要求较低的简单网络系统和通信协议。此外，还可以通过减少系统管理与维护的开销来降低系统的成本，这需要无线传感器网络系统具有自配置和自修复的能力。

4. 安全和抗干扰

无线传感器网络系统具有严格的资源限制，需要设置低开销的通信协议，但同时也会带来严重的安全问题。由于有些传感器节点设置在室内，也有许多设置在户外，人们会在各种环境下部署节点，所以节点必须具备良好的抗干扰能力，现场环境可能存在极寒冷、极炎热、极干或极湿等恶劣条件，这些都不能对节点的感知产生影响，也不能对节点内的电路运行产生影响，同时也不能对节点间的信息传递产生影响。关于这些就相当考验节点的设计，不仅要考虑节点的外壳设计，还要考虑内部电路的设计。因此，如何使用较少的能量完成数据加密、身份认证、入侵检测，以及在被破坏或受干扰的情况下可靠地完成任务，也是无线传感器网络研究与设计面临的一个重要挑战。

5. 协作

由于单个传感器节点的能力有限，往往不能单独完成对目标的测量、跟踪和识别工作，需要多个传感器节点采用一定的算法通过交换信息，对所获得的数据进行加工、汇总和过滤，并以事件的形式得到最终结果。数据在协作传递过程中涉及网络协议的设计和节点的能量消耗问题，也是目前研究的热点之一。