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

　　1、網絡拓撲控制

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

　　目前傳感器網絡拓撲控制主要的研究方向是在滿足網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數據的網絡拓撲結構。拓撲控制又分為兩種，分別是節點功率控制和層次型拓撲控制。功率控制是控制每個節點的發射功率，在滿足網絡連通度的情況下，減少節點發射功率，均衡節點單跳可達的鄰居數目。而層次型拓撲控制采用分簇機制，有一些節點作為簇頭，它將作為一個簇的中心，簇內每個節點的數據都要通過它來轉發。

　　2、網絡協議

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

　　網絡層的路由協議決定監測信息的傳輸路徑，好的路由協議不但能考慮到每個節點的能耗，還能夠關心整個網絡的能耗均衡，能夠延長網絡的生存期。目前已經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議和基于查詢的路由協議。

　　數據鏈路層的介質訪問控制即MAC協議用來控制傳感器節點的通信過程和工作模式，確保數據包能正確發送和接收。設計無線傳感器網絡的MAC協議首先要考慮的是節省能量和可擴展性，公平性和帶寬利用率是其次才要考慮的。MAC層能量消耗主要發生在空閑偵聽、碰撞重傳和接收不需要的數據等方面。為了減少能量消耗，MAC協議通常采用偵聽/睡眠交替的偵聽機制，根據需要選擇偵聽或者睡眠。MAC協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絡和節點壽命。

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

　　3、網絡安全機制

　　與其他無線網絡一樣，安全問題是無線傳感器網絡考慮的重點問題。傳感器網絡存在竊聽、惡意路由、消息篡改等安全問題，特別是在一些無線安防網絡、軍事上對地區進行監視等部署無線傳感器網等應用，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、一個節點遭破壞、識別偽節點、如何向已有傳感器網絡添加合法的節點等4個方面。

　　無線傳感器網絡面臨的安全問題在各個協議層都應充分考慮，每個層次研究的側重點不同，為了保證數據和任務的安全傳遞和融合，無線傳感器網絡需要實現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，尋找盡可能安全的路由以保證網絡的安全。如果路由協議被破壞導致傳送的消息被篡改，那么對于應用層上的數據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議方面，例如假定傳感器網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據傳輸的安全性。

　　4、時間同步

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

　　首先，傳感器節點需要彼此并行操作和協作，以完成復雜的監測任務。例如，在車輛跟蹤系統中，傳感器節點記錄車輛位置和時間，傳遞給網關匯聚節點，以這些信息判斷車輛位置和速度，如果缺少時間同步，則會出現判斷錯誤。

　　其次，許多節能方案需要時間同步來實現。例如，傳感器可以根據實際情況進行休眠，在需要時再喚醒，在這種模式下，網絡節點應在同時休眠或喚醒，即節點接收器不能在數據到來時關閉。

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

　　目前已經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協議是基于接收者和接收者的時鐘同步，節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點間的最優匹配偏移量。TPSN協議采用層次結構實現整個網絡的節點時間同步，所以節點按照層次結構進行邏輯分級，基于發送者和發送者的節點對方式，每個節點能夠與上一級節點的某個節點同步，最終實現與根節點的時間同步，這種同步機制應用在確定來自不同節點的監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絡設計和應用中的一個技術難點，精簡NTP協議的實現復雜度，將其移植到無線傳感器網絡中來也是一個有價值的研究課題。

　　5、定位技術

　　在無線傳感器網絡應用中，位置信息是傳感器節點采集數據中不可或缺的一部分，否則采集到數據可能不具有任何意義。節點定位是確定傳感器的每個節點的相對位置或絕對位置，在軍事偵察、環境檢測、緊急救援等應用中尤其重要。節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，受環境因素的影響也較小，雖然誤差較大，但是其精度已經足夠滿足大多數傳感器網絡應用的要求。

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

　　6、數據融合

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

　　總的來說，數據融合技術具有以下作用：

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

　　（2）獲取更準確信息：由于受到環境變化影響，來自單個節點的數據有著不可靠性，通過對同一區域節點的數據進行融合，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：通過數據融合，可以減少數據傳輸量，降低網絡傳輸的擁塞可能性，也能夠降低傳輸延時，減少數據碰撞等，可以有效的提高網絡收集信息效率。

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

　　7、數據管理

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

　　傳感器網絡的數據管理系統的結構主要有集中式、半分布式、分布式和層次式結構，目前大多數研究集中于半分布式結構，無線傳感器網絡中的數據存儲采用網絡外部存儲、本地存儲和以數據為中心的存儲3種方式，其中以數據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

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

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