第一章　绪论

一、无线传感网的定义

网络技术是20世纪计算机科学的一项伟大成果，以互联网为代表，给人们的生活带来了重大的变化。然而互联网很难感知人们身边的现实世界，传感网络正是基于这样的背景下产生的一种能够感知现实世界的新型网络技术。

无线传感网（Wireless Sensor Networks：WSNs）是利用传感器、无线通信和微电机等技术，基于互联网、传统电信网、广播电视网等信息承载体，感知所有能被独立寻址的普通物理对象，实现互联互通的网络。

无线传感网一般由大规模随机分布的无线传感器节点、基站以及信息监控中心构成。传感器网络的基本要素是传感器，由传感器感知对象和观察者。传感器有红外感应器、激光扫描器、电子标签、温湿度传感器、全球定位系统等信息传感设备。每个传感器节点的功能可以相同也可以不同，每个传感器节点又由数据采集模块、数据处理和控制模块、通信模块和供电模块等组成。为了数据传输的方便，数据采集模块中一般包括传感器A/D转换器，数据处理和控制模块由微处理器、存储器等组成，通信模块包括无线收发器等，从而实现动态自组织的方式协同地感知和采集网络分布区域的对象的各种信息。

传感器与传感器之间、传感器与观察者之间通过有线或无线网络通信，节点间进行通信，每个节点都可以充当路由器的角色，并与互联网结合起来而形成另一个巨大的网络，让所有的对象都与网络连接在一起，方便识别。无线传感网节点数量大、维护困难，而且一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，所以低功耗设计是无线传感器网的重要设计准则，因此，需要对传统的嵌入式应用开发更新和改进，达到可靠而耐用。

观察者是传感器网络的用户，是感知信息的接受者也是应用者。观察者可以主动地查询与分析传感器网络的感知信息，也可以被动地接收传感器网络发布的信息，用于支持决策、监控和管理。观察者对感知信息进行观察、分析、挖掘后，对网络感知对象采取相应的措施。感知对象是传感器网络的测量对象的参数，也是观察者感兴趣的监测目标，一般通过表征对象的物理现象、化学现象或其他现象的数字量来表征。

无线传感网是一种全新的信息获取和处理技术，是传感器、通信和计算机三项技术相结合的产物，因此无线传感网体系可分为四个层次。

（一）感知与识别层

感知识别是无线传感器网的核心技术，是联系物理世界和信息世界的纽带。感知识別层既包括条形码（一维条形码或二维条形码）、射频识别、无线智能传感器等信息自动生成设备，也包括各种智能电子产品用来人工生成信息，其中以传感器为主，实现对监测目标物的识别。无线传感器网络主要通过各种类型的传感器对物质性质、环境状态、行为模式等信息开展大规模、长期、实时地获取，观察者可以随时随地连入互联网，分享相关信息。

（二）网络传输层

把感知识别层获取的数据接入互联网，供上层服务使用。无线个域网络包括红外、蓝牙、ZigBee等通信协议，具有低功耗、低传输速度、短距离的特征，用作传感器末端的互联和设备控制。无线局域网包括现在广为流行的WiFi，为一定区域内的用户提供网络访问服务，提供便捷的互联网、广电网络、通信网络接入，实现传感网互联。

（三）管理与服务层

在高性能计算机及海量存储技术的支撑下，管理与服务层可高效、可靠地组织大规模数据，为上层行业应用提供支持。利用海量数据，并利用运筹学、数据挖掘、专家系统等对数据进行进一步的分析。

（四）网络应用层

网络利用现有的手机、PC等终端实现不同行业和部门的具体应用。无线传感网技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略高技术，可以广泛用于国防军事、国家安全、环境科学、灾害预测、医疗卫生、制造业、城市信息等领域。传感网在民用方面，涉及城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。