第一章　緒論

一、無線傳感網的定義

網絡技術是20世紀計算機科學的一項偉大成果，以互聯網為代表，給人們的生活帶來了重大的變化。然而互聯網很難感知人們身邊的現實世界，傳感網絡正是基于這樣的背景下產生的一種能夠感知現實世界的新型網絡技術。

無線傳感網（Wireless Sensor Networks：WSNs）是利用傳感器、無線通信和微電機等技術，基于互聯網、傳統電信網、廣播電視網等信息承載體，感知所有能被獨立尋址的普通物理對象，實現互聯互通的網絡。

無線傳感網一般由大規模隨機分布的無線傳感器節點、基站以及信息監控中心構成。傳感器網絡的基本要素是傳感器，由傳感器感知對象和觀察者。傳感器有紅外感應器、激光掃描器、電子標簽、溫濕度傳感器、全球定位系統等信息傳感設備。每個傳感器節點的功能可以相同也可以不同，每個傳感器節點又由數據采集模塊、數據處理和控制模塊、通信模塊和供電模塊等組成。為了數據傳輸的方便，數據采集模塊中一般包括傳感器A/D轉換器，數據處理和控制模塊由微處理器、存儲器等組成，通信模塊包括無線收發器等，從而實現動態自組織的方式協同地感知和采集網絡分布區域的對象的各種信息。

傳感器與傳感器之間、傳感器與觀察者之間通過有線或無線網絡通信，節點間進行通信，每個節點都可以充當路由器的角色，并與互聯網結合起來而形成另一個巨大的網絡，讓所有的對象都與網絡連接在一起，方便識別。無線傳感網節點數量大、維護困難，而且一般采用電池供電，工作環境通常比較惡劣，所以低功耗設計是無線傳感器網的重要設計準則，因此，需要對傳統的嵌入式應用開發更新和改進，達到可靠而耐用。

觀察者是傳感器網絡的用戶，是感知信息的接受者也是應用者。觀察者可以主動地查詢與分析傳感器網絡的感知信息，也可以被動地接收傳感器網絡發布的信息，用于支持決策、監控和管理。觀察者對感知信息進行觀察、分析、挖掘后，對網絡感知對象采取相應的措施。感知對象是傳感器網絡的測量對象的參數，也是觀察者感興趣的監測目標，一般通過表征對象的物理現象、化學現象或其他現象的數字量來表征。

無線傳感網是一種全新的信息獲取和處理技術，是傳感器、通信和計算機三項技術相結合的產物，因此無線傳感網體系可分為四個層次。

（一）感知與識別層

感知識別是無線傳感器網的核心技術，是聯系物理世界和信息世界的紐帶。感知識別層既包括條形碼（一維條形碼或二維條形碼）、射頻識別、無線智能傳感器等信息自動生成設備，也包括各種智能電子產品用來人工生成信息，其中以傳感器為主，實現對監測目標物的識別。無線傳感器網絡主要通過各種類型的傳感器對物質性質、環境狀態、行為模式等信息開展大規模、長期、實時地獲取，觀察者可以隨時隨地連入互聯網，分享相關信息。

（二）網絡傳輸層

把感知識別層獲取的數據接入互聯網，供上層服務使用。無線個域網絡包括紅外、藍牙、ZigBee等通信協議，具有低功耗、低傳輸速度、短距離的特征，用作傳感器末端的互聯和設備控制。無線局域網包括現在廣為流行的WiFi，為一定區域內的用戶提供網絡訪問服務，提供便捷的互聯網、廣電網絡、通信網絡接入，實現傳感網互聯。

（三）管理與服務層

在高性能計算機及海量存儲技術的支撐下，管理與服務層可高效、可靠地組織大規模數據，為上層行業應用提供支持。利用海量數據，并利用運籌學、數據挖掘、專家系統等對數據進行進一步的分析。

（四）網絡應用層

網絡利用現有的手機、PC等終端實現不同行業和部門的具體應用。無線傳感網技術是典型的具有交叉學科性質的軍民兩用戰略高技術，可以廣泛用于國防軍事、國家安全、環境科學、災害預測、醫療衛生、制造業、城市信息等領域。傳感網在民用方面，涉及城市公共安全、公共衛生、安全生產、智能交通、智能家居、環境監控等領域。