无线传感器网络数据融合与管理-物联网与传感器技术

无线传感器网络的主管理的内容有网络协议、定位与时间同步、数据融合与管理、嵌入式操作系统和网络安全。

1.路由协议

无线传感器网络的路由协议重点在能量优先、数据为中心的局部拓扑信息与应用相关的因素方面。着重考虑在有限能量条件下，协议必须首先考虑如何延长无线传感器网络生存期。必须做到能量高效，具有可扩展性、鲁棒性和能快速收敛路由协议，必须考虑对感知数据的需求、数据通信模式与数据流向，以便形成以数据为中心的转发路径。同时，无线传感器网络实际应用场景和要求区别很大，设计者必须针对具体的应用需求去考虑路由协议。

2.定位与时间同步

定位和时间同步技术是报告事件位置、跟踪目标、地理路径、网络管理等系统功能的基本技术。因为在物联网中，位置信息可以用于目标跟踪、实时监视目标的行动路线，以及预测目标的前进轨迹。可以根据节点位置信息构建网络拓扑图，实时统计网络覆盖情况，对节点密度低的区域及时采取必要措施，进行网络管理。只有获得对象或节点的位置，传感器报告出的信息才有实际意义。如在环境监测中，只有发现了火灾的位置、战场上敌方车辆的区域、管道泄漏的地点，才能给决策和采取措施提供根本的依据。因此，节点位置的定位是传感器网络的基本功能之一。

物理时间用来表示人类社会使用的绝对时间，逻辑时间表达事件发生的顺序关系，它是一个相对的概念。对于物联网这种环境，传感节点之间距离无法实现设定，空间距离有时可能较远。从控制技术来看，这里最常采用的技术是分布式控制，其特征是采用一种分布式系统。因此通常需要一个表示整个系统时间的全局时间，这个时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。因此，时间同步对于无线传感器网络是十分重要的。因为不同节点的传感器都有自己的本地时钟，各单元内的时间振荡器之间存在着偏差，若要各节点达到时间同步，必须在时钟上统一。因此，时间同步成为分布式系统中的关键技术之一。因为传感器网络在能量、价格和体积等方面的约束，使得复杂的时间同步机制不适用于它，需要修改或重新设计时间同步机制来满足传感器网络的要求。

3.数据融合与数据管理(www.xing528.com)

无线传感器网络的数据融合是指将传感器节点产生的多份数据或信息进行处理，组合出更有效、更符合用户需求的数据的过程。数据融合的方法普遍应用在日常生活中，人们在辨别一个事物时，通常会综合视觉、听觉、触觉、嗅觉等各种感官获得的信息，对事物做出准确判断。在无线传感器网络的应用中，人们更多的是关心监测的结果，而不需要收到大量原始数据，数据融合是通过处理传感器的数据，得出准确判断的过程。例如，无线传感器网络在森林防火的应用中，需要对多个温度传感器探测到的位置、环境温度数据进行融合，报告是否出现火灾以及发生的位置。如果在目标识别应用中，由于各个节点的地理位置不同，针对同一目标所报告的图像的拍摄角度不同，需要进行三维空间的考虑，因此数据融合的难度相对较大。数据融合的技术方案和系统的指标取决于实际应用的需求。

数据主要有两类：一类是静态数据，例如描述传感器特性的信息；另一类是动态数据，是由传感器自身感知的环境数据。这些感知到的数据集合成分布式数据库，通过软件系统实现对传感器网络的数据管理系统。对无线传感器网络获取的数据进行查询和分析，可有效地对关心的环境进行监测，如获取灾害情况、交通和车辆监控、目标侦察等信息。因此，在应用中，必须针对无线传感器网络的特点，指定针对具体物联网数据管理系统的结构、数据模型和查询语言、网络数据的存储与索引技术、数据查询处理技术。

4.嵌入式操作系统

由于传感器节点具有数量大、拓扑动态变化、携带非常有限的硬件资源等特点，同时计算、存储和通信等操作需要并发地调用系统资源，因此需要适合无线传感器网络的新型操作系统。在研究无线传感器网络的初期，研究人员并没有重视这个问题。无线传感器网络的硬件很简单，但直接在硬件上编写的应用程序无法适应多种服务。如果软件的重用性差，开发效率低，应用程序很难移植与扩展。因此，针对具体应用，设计针对性的无线传感器网络的操作系统也是一项重要的工作。

5.网络安全问题

无线传感器网络的安全技术研究是当前的热点和富有挑战性的课题。无线传感器网络的安全隐患可以分为两类：信息泄露与空间攻击。有些无线传感器网络应用在军事与公共安全领域，要求安全性很高，而无线传感器网络极易受到攻击。无线传感器网络不仅要进行数据传输，而且要进行数据采集、融合和协同工作。传感器节点本身受到计算与存储资源、能源的限制，必须在计算复杂度和安全强度之间权衡。另外，一个实际无线传感器网络的节点数可能达到成千上万，必须在单个节点的安全性与对整个网络的安全性影响之间权衡。因此，如何保证任务执行的机密性、数据产生的可靠性、数据融合的高效性与数据传输的安全性，成为无线传感器网络安全问题需要全面考虑的内容。