無線傳感器網(wǎng)絡的基本技術問題包括數(shù)據(jù)處理、通信和傳感器管理，由于環(huán)境的不穩(wěn)定性和不確定性，再加上能量和帶寬的限制，給無線傳感器網(wǎng)絡的應用帶來了巨大挑戰(zhàn)，下面就列舉研究中的一些關鍵技術。

　　1、網(wǎng)絡拓撲控制

　　無線傳感器網(wǎng)絡是自組織的，網(wǎng)絡拓撲具有重要的意義，如果有一個很好的網(wǎng)絡拓撲控制管理機制，對于提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議效率是很有幫助的，還能夠延長網(wǎng)絡壽命。

　　目前傳感器網(wǎng)絡拓撲控制主要的研究方向是在滿足網(wǎng)絡覆蓋度和連通度的情況下，通過選擇路由路徑，生成一個能高效轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡拓撲結構。拓撲控制又分為兩種，分別是節(jié)點功率控制和層次型拓撲控制。功率控制是控制每個節(jié)點的發(fā)射功率，在滿足網(wǎng)絡連通度的情況下，減少節(jié)點發(fā)射功率，均衡節(jié)點單跳可達的鄰居數(shù)目。而層次型拓撲控制采用分簇機制，有一些節(jié)點作為簇頭，它將作為一個簇的中心，簇內每個節(jié)點的數(shù)據(jù)都要通過它來轉發(fā)。

　　2、網(wǎng)絡協(xié)議

　　因為傳感器節(jié)點的計算能力、存儲能力、通信能力、攜帶的能量有限，每個節(jié)點都只能獲得局部網(wǎng)絡拓撲信息，在節(jié)點上運行的網(wǎng)絡協(xié)議也要盡可能的簡單。傳感器拓撲結構的變化和網(wǎng)絡資源的不斷變化，對網(wǎng)絡協(xié)議提出了更高要求，目前研究的重點主要集中在網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層上。

　　網(wǎng)絡層的路由協(xié)議決定監(jiān)測信息的傳輸路徑，好的路由協(xié)議不但能考慮到每個節(jié)點的能耗，還能夠關心整個網(wǎng)絡的能耗均衡，能夠延長網(wǎng)絡的生存期。目前已經(jīng)提出了一些比較好的路由機制，例如基于地理位置的路由協(xié)議和基于查詢的路由協(xié)議。

　　數(shù)據(jù)鏈路層的介質訪問控制即MAC協(xié)議用來控制傳感器節(jié)點的通信過程和工作模式，確保數(shù)據(jù)包能正確發(fā)送和接收。設計無線傳感器網(wǎng)絡的MAC協(xié)議首先要考慮的是節(jié)省能量和可擴展性，公平性和帶寬利用率是其次才要考慮的。MAC層能量消耗主要發(fā)生在空閑偵聽、碰撞重傳和接收不需要的數(shù)據(jù)等方面。為了減少能量消耗，MAC協(xié)議通常采用偵聽/睡眠交替的偵聽機制，根據(jù)需要選擇偵聽或者睡眠。MAC協(xié)議的研究也主要在如何減少上述3種情況，從而降低能量消耗以延長網(wǎng)絡和節(jié)點壽命。

　　近期提出了SMAC、TMAC和Sift等基于競爭的MAC層協(xié)議，DEANA、TRAMA和DMAC等時分復用MAC協(xié)議，以及CSMA/CA與CDMA相結合，TDMA和FDMA相結合的協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡協(xié)議往往根據(jù)應用的特征而定，沒有一個能夠高效適用于所有應用的協(xié)議。

　　3、網(wǎng)絡安全機制

　　與其他無線網(wǎng)絡一樣，安全問題是無線傳感器網(wǎng)絡考慮的重點問題。傳感器網(wǎng)絡存在竊聽、惡意路由、消息篡改等安全問題，特別是在一些無線安防網(wǎng)絡、軍事上對地區(qū)進行監(jiān)視等部署無線傳感器網(wǎng)等應用，安全問題尤為突出。安全問題可以總結為：信息被非法用戶截獲、一個節(jié)點遭破壞、識別偽節(jié)點、如何向已有傳感器網(wǎng)絡添加合法的節(jié)點等4個方面。

　　無線傳感器網(wǎng)絡面臨的安全問題在各個協(xié)議層都應充分考慮，每個層次研究的側重點不同，為了保證數(shù)據(jù)和任務的安全傳遞和融合，無線傳感器網(wǎng)絡需要實現(xiàn)一些基本的安全機制，主要從兩個方面考慮：

　　一方面是從維護路由安全的角度出發(fā)，尋找盡可能安全的路由以保證網(wǎng)絡的安全。如果路由協(xié)議被破壞導致傳送的消息被篡改，那么對于應用層上的數(shù)據(jù)包來說沒有任何安全性可言。例如，一種叫做“有安全意識的路由”的方法被提出，其基本思想是找出真實值和節(jié)點之間的關系，然后利用這些真實值來生成安全的路由。

　　另一方面是把重點放在安全協(xié)議方面，例如假定傳感器網(wǎng)絡的任務是為高級政要人員提供安全保護，提供一個安全解決方案將為解決這類安全問題帶來一個普適的模型。在具體的技術實現(xiàn)上，先假定基站總是正常工作的，并且總是安全的，滿足必要的計算速度、存儲器容量，基站功率滿足加密和路由的要求，通信模式是點到點，通過端到端的加密保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br />

　　4、時間同步

　　在分布式無線傳感器網(wǎng)絡應用中，每個傳感器節(jié)點都有自己的本地時鐘，不同節(jié)點的晶振頻率存在著偏差，各種干擾也會導致節(jié)點間的運行時間偏差，而無線傳感器網(wǎng)絡作為一個分布式協(xié)同工作的網(wǎng)絡系統(tǒng)，各個節(jié)點需要相互配合，要求節(jié)點間的時鐘必須保持同步。

　　首先，傳感器節(jié)點需要彼此并行操作和協(xié)作，以完成復雜的監(jiān)測任務。例如，在車輛跟蹤系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點記錄車輛位置和時間，傳遞給網(wǎng)關匯聚節(jié)點，以這些信息判斷車輛位置和速度，如果缺少時間同步，則會出現(xiàn)判斷錯誤。

　　其次，許多節(jié)能方案需要時間同步來實現(xiàn)。例如，傳感器可以根據(jù)實際情況進行休眠，在需要時再喚醒，在這種模式下，網(wǎng)絡節(jié)點應在同時休眠或喚醒，即節(jié)點接收器不能在數(shù)據(jù)到來時關閉。

　　NTP（Network Time Protocol）協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)中普遍采用的同步協(xié)議，但是它只適合結構穩(wěn)定、鏈路很少失敗的有線網(wǎng)絡系統(tǒng)。此外，GPS和無線測距技術也可以提供網(wǎng)絡的全局時鐘同步。但是基于無線傳感器網(wǎng)絡的特點，節(jié)點體積、造價成本、能耗等都會約束時間同步機制。

　　目前已經(jīng)提出了多個時間同步機制，RBS、TINY/MINI-SYNC和TPSN是3個基本的同步機制，RBS協(xié)議是基于接收者和接收者的時鐘同步，節(jié)點以自己的時鐘記錄事件，隨后用第三方廣播的基準時間加以校正，精度依賴于對這段間隔時間的測量。TNY/MINI-SYNC協(xié)議是簡單的同步機制，它假設時鐘漂移遵循線性變化，則兩個節(jié)點的時間偏移也是線性的，可以通過交換時標分組來估計兩個節(jié)點間的最優(yōu)匹配偏移量。TPSN協(xié)議采用層次結構實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的節(jié)點時間同步，所以節(jié)點按照層次結構進行邏輯分級，基于發(fā)送者和發(fā)送者的節(jié)點對方式，每個節(jié)點能夠與上一級節(jié)點的某個節(jié)點同步，最終實現(xiàn)與根節(jié)點的時間同步，這種同步機制應用在確定來自不同節(jié)點的監(jiān)測事件的先后關系時有足夠的精度。設計高精度的時鐘同步機制是無線傳感網(wǎng)絡設計和應用中的一個技術難點，精簡NTP協(xié)議的實現(xiàn)復雜度，將其移植到無線傳感器網(wǎng)絡中來也是一個有價值的研究課題。

　　5、定位技術

　　在無線傳感器網(wǎng)絡應用中，位置信息是傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)中不可或缺的一部分，否則采集到數(shù)據(jù)可能不具有任何意義。節(jié)點定位是確定傳感器的每個節(jié)點的相對位置或絕對位置，在軍事偵察、環(huán)境檢測、緊急救援等應用中尤其重要。節(jié)點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機制也必須要滿足自組織性、魯棒性、能量高效和分布式計算等要求。

　　定位技術也主要有兩種方式：基于距離的定位和距離無關的定位。其中基于距離的定位對硬件要求比較高，通常精度也比較高。距離無關的定位對硬件要求較小，受環(huán)境因素的影響也較小，雖然誤差較大，但是其精度已經(jīng)足夠滿足大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡應用的要求。

　　目前最常用的定位技術是全球定位系統(tǒng)GPS（Global Position System），它通過衛(wèi)星的授時和測距來對用戶節(jié)點進行定位，具有較高的精度和實時性，而且其抗干擾能力也比較強，但是其用戶節(jié)點能耗高、體積大、成本也比較高。

　　6、數(shù)據(jù)融合

　　在無線傳感器網(wǎng)絡應用中，由于采集到了大量的冗余數(shù)據(jù)，又由于能量和帶寬的限制，各個節(jié)點單獨把數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點并不合適，因此提出了“數(shù)據(jù)融合”技術，該技術在傳感器節(jié)點收集數(shù)據(jù)的過程中，利用本地計算和存儲能力將數(shù)據(jù)進行融合，對收集到的多余數(shù)據(jù)進行處理，去除出冗余信息，生成更符合需求的數(shù)據(jù)，從而達到節(jié)省能量的目的。

　　總的來說，數(shù)據(jù)融合技術具有以下作用：

　　（1）節(jié)省能量：為保證整個網(wǎng)絡的可靠性，配置節(jié)點是考慮了一定冗余的，如果把數(shù)據(jù)全部傳輸，只會消耗更多的能量，而不會得到更多的信息，因此需要數(shù)據(jù)融合消除冗余數(shù)據(jù)。

　　（2）獲取更準確信息：由于受到環(huán)境變化影響，來自單個節(jié)點的數(shù)據(jù)有著不可靠性，通過對同一區(qū)域節(jié)點的數(shù)據(jù)進行融合，可以有效的獲得更高的信息精度和可信度。

　　（3）提高信息收集效率：通過數(shù)據(jù)融合，可以減少數(shù)據(jù)傳輸量，降低網(wǎng)絡傳輸?shù)膿砣赡苄裕材軌蚪档蛡鬏斞訒r，減少數(shù)據(jù)碰撞等，可以有效的提高網(wǎng)絡收集信息效率。

　　數(shù)據(jù)融合可以在多個層次中進行。在應用層中，可以應用分布式數(shù)據(jù)庫技術，對數(shù)據(jù)進行逐步篩選，達到融合效果。在網(wǎng)絡層中，很多路由協(xié)議結合了數(shù)據(jù)融合技術來減少數(shù)據(jù)傳輸量。MAC層也能減少發(fā)送沖突和頭部開銷來達到節(jié)省能量的目的，同時也不能損失時間性能和信息完整性。當然，數(shù)據(jù)融合是以犧牲延時等代價來換取能量的節(jié)約。

　　7、數(shù)據(jù)管理

　　從數(shù)據(jù)存儲的角度來看，無線傳感器網(wǎng)絡可以看作分布式的數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)庫的方式在傳感器網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)管理，可以使用戶只關心數(shù)據(jù)查詢和邏輯結構，盡管在某種程度上影響了執(zhí)行效率，但是也可以顯著的增強了無線傳感器網(wǎng)絡的易用性。

　　傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結構主要有集中式、半分布式、分布式和層次式結構，目前大多數(shù)研究集中于半分布式結構，無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)存儲采用網(wǎng)絡外部存儲、本地存儲和以數(shù)據(jù)為中心的存儲3種方式，其中以數(shù)據(jù)為中心的存儲在通信效率和能耗方面取得良好折中。

　　8、相關硬件技術

　　計算機應用系統(tǒng)的輸入硬件主要是各種傳感器，傳感器技術的發(fā)展能夠使計算機功能發(fā)揮出更加充分的作用，只有傳感器與計算機技術共同發(fā)展，才能設計出真正實用的系統(tǒng)。

　　隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，把中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、定時器/計數(shù)器以及各種輸入輸出控制器都集中到同一芯片上，構成穩(wěn)定而可靠，價格低廉的嵌入式計算機系統(tǒng)，為無線傳感器網(wǎng)絡技術的發(fā)展提供了必要基礎。