无线传感器网络的组网特点：自组织性和可靠性

无线传感器网络是信息技术的前沿和交叉领域，集计算机、通信、网络、智能计算、传感器、嵌入式系统、微电子等多个领域于一身。它将大量的多种类型传感器结点组成自治的网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。如果说移动通信连接的是人和人，传感器网络连接的则是物和物。

无线传感器网络除了具有Ad Hoc网络的移动性、断接性、电源能力局限性等共同特征以外，在组网方面具有一些鲜明的自身特点。它的主要特点包括自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大和可靠性等。

1）自组织性

在传感器网络应用中，通常传感器结点放置在没有基础结构的地方。传感器结点的位置不能预先精确设定，结点之间的相邻关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器结点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。由于传感器网络的所有结点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，各结点通过分布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，结点就能自动组织起一个探测网络。正因为没有中心，网络便不会因为单个结点的脱离而受到损害。

以上因素要求传感器结点具有自组织的能力，能够自动地进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议，自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。

在传感器网络使用过程中，部分传感器结点由于能量耗尽或环境因素而失效，也有一些结点为了弥补失效结点、增加监测精度而被补充到网络中，这样在传感器网络中的结点个数就动态地增加或减少，从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。

2）以数据为中心

目前的互联网是先有计算机终端系统，然后再互联成为网络，终端系统可以脱离网络独立存在。在互联网中网络设备是用网络中唯一的IP地址来标识，资源定位和信息传输依赖于终端、路由器、服务器等网络设备的IP地址。如果希望访问互联网中的资源，首先要知道存放资源的服务器IP地址。可以说目前的互联网是一个以地址为中心的网络。

传感器网络是任务型网络，脱离传感器网络谈论传感器结点没有任何意义。传感器网络中的结点采用结点编号标识，结点编号是否需要全网唯一，这取决于网络通信协议的设计。

由于传感器结点随机部署，构成的传感器网络与结点编号之间的关系是完全动态的，表现为结点编号与结点位置没有必然联系。用户使用传感器网络查询事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的结点。网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。这种以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近于自然语言交流的习惯。所以通常说传感器网络是一个以数据为中心的网络。

例如，在应用于目标跟踪的传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个结点监测到目标。事实上，在目标移动的过程中，必然是由不同的结点提供目标的位置消息。

3）应用相关性

传感器网络用来感知客观物理世界，获取物理世界的信息量。客观世界的物理量多种多样，不可穷尽。不同的传感器网络应用关心不同的物理量，因此对传感器的应用系统也有多种多样的要求。

不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然会有很大差别。因此传感器网络不可能像互联网那样，存在统一的通信协议平台。不同的传感器网络应用虽然存在一些共性问题，但在开发传感器网络应用系统时，人们更关心传感器网络的差异。只有让具体应用系统更贴近应用，才能符合用户的需求和兴趣点。针对每一个具体应用来研究传感器网络技术，这是传感器网络设计不同于传统网络设计的显著特征。(www.xing528.com)

4）动态性

传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：

（1）环境因素或电能耗尽造成的传感器结点出现故障或失效；

（2）环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；

（3）传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；

（4）新结点的加入。

由于传感器网络的结点是处理变化的环境，它的状态也在相应地发生变化，加之无线通信信道的不稳定性，网络拓扑因而也在不断地调整变化，而这种变化方式是无人能准确预测出来的。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。

5）网络规模大

为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器结点，传感器结点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器结点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器结点；另一方面，传感器结点部署得很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器结点。

传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个结点传感器的精度要求；大量冗余结点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量结点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。

6）可靠性

传感器网络特别适合部署在环境恶劣或人类不能到达的区域，传感器结点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器结点往往随机部署，如通过飞机撒播或炮弹发射到指定区域进行部署。这些都要求传感器结点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。

由于监测区域环境的限制以及传感器结点数目巨大，不可能人工“照顾”每个传感器结点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。