无线传感器网络的概念

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在监测区域内的传感器节点组成，这些节点数量很大、体积微小，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络。

WSN是物联网的基本组成部分，可以将客观物理世界与信息世界融合在一起，能够改变人与自然界的交互方式，极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。

无线传感器网络的组成

WSN通常包括传感器节点（Sensor Node）、汇聚节点（Sink Node）和管理节点。大量传感器节点随机部署在检测区域（Sensor Field）内部或者附近，通过自组织的方式构成网络。传感器节点检测到的数据沿着其他节点逐跳地进行传输，在传输过程中检测数据可能被多个节点处理，经过多跳路由后到达汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。

无线传感器网络的结构

无线传感器网络的特点

WSN就是由大量廉价微型的传感器节点，通过无线通信方式形成的一个特殊的Ad hoc网络。WSN随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织方式构成网络，借助节点中内置的形式多样的传感器，可以协作地测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波等信号。

WSN是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现指定范围内目标的检测与跟踪。WSN具有移动性和自组织性，是一个动态的大规模网络，在硬件资源有限、能量受限、无人值守的环境下，可以将数据传送给用户。

（1）动态性网络

（2）硬件资源有限

（3）能量受限

（4）大规模网络

（5）以数据为中心

（6）广播式通信

（7）无人值守

（8）易受物理环境影响

无线传感器网络的核心技术

在确定采用WSN技术进行应用系统的设计后，首先面临的问题是采用哪种组网模式。WSN可以采用下面的组网模式。

（1）扁平组网模式

（2）基于分簇的层次型组网模式om

（3）网状网模式

（4）移动汇聚模式

组网模式决定了网络的总体拓扑结构，但为了实现WSN的低能耗运行，还需要对节点连接关系的时变规律进行细粒度控制。目前主要的拓扑控制技术分为时间控制、空间控制和逻辑控制3种。

媒体访问控制和链路控制可以解决无线网络中普遍存在的冲突和丢失问题，能够根据网络中数据流的状态控制临近节点、乃至网络中所有节点的信道访问方式和顺序，从而达到高效利用网络容量、减低能耗的目的。

WSN中的数据流向与Internet相反。在Internet中，终端设备主要从网络上获取信息；而在WSN中，终端设备是向网络提供信息。因此，WSN网络层协议的设计有自己的独特要求。由于WSN对能量效率有苛刻的要求，研究人员通常利用媒体访问控制的跨层服务来选择转发节点和数据流向。

无线传感器网络协议

WSN的数据链路层和网络层都有反映自身特点的协议。在WSN中，数据链路层用于构建底层的基础网络结构，控制无线信道的合理使用，确保点到点或点到多点的可靠连接；网络层则负责路由的查找和数据包的传送。

1.MAC协议

MAC协议处于数据链路层，是无线传感器网络协议的底层部分，主要用于为数据的传输建立连接，以及在各节点之间合理有效地共享通信资源。MAC协议对无线传感器网络的性能有较大的影响，是保证网络高效通信的关键协议之一。

2.路由协议

在WSN中，路由协议主要负责路由的选择和数据包的转发。传统无线通讯网络路由协议的研究重点是无线通讯的服务质量，相对传统无线通讯网络而言，WSN路由协议的研究重点是如何提高能量效率、如何可靠地传输数据。

无线传感器网络应用

1996年，美国加州大学的WilliamJKaiser教授向美国国防部先进研究项目局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）提交的“低能耗无线集成微型传感器”报告，揭开了现代WSN网络的序幕。1998年，同是加州大学的GregoryJPottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。

在其后的10余年里，WSN得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注，成为在国防军事、环境监测、健康护理、智能家居、建筑监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、仓库管理、安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术。美国商业周刊将WSN列为21世纪最有影响的技术之一，麻省理工学院（MIT）技术评论则将WSN列为改变世界的10大技术之一。

（1）军事通信

（2）精细农业

（3）安全监控

（4）医疗监控

（5）工业监控

（6）智能交通

（7）动物监测