1.1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹

1.1.1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念

隨著社會的發(fā)展，通信技術(shù)發(fā)展得越來越快，無線通信技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。作為無線通信中的一個(gè)新興領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也得到了迅速的發(fā)展，并漸漸走向集成化、規(guī)模化。

與此同時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)變得越來越微型化，功能卻變得越來越強(qiáng)大，在進(jìn)行無線通信的同時(shí)，還可以進(jìn)行簡單的信息處理。這類傳感器除了監(jiān)測環(huán)境中我們所需要的一些數(shù)據(jù)，還能夠?qū)κ占降挠杏脭?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，有的傳感器節(jié)點(diǎn)甚至還具備數(shù)據(jù)融合的功能。現(xiàn)在無線傳感器節(jié)點(diǎn)已能夠?qū)崿F(xiàn)信息處理和無線通信功能，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是在這樣的背景下誕生的。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是對上一代傳感器網(wǎng)絡(luò)所進(jìn)行的技術(shù)上的革命。早在1999年，一篇名為“傳感器走向無線時(shí)代”的文章就已拉開了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的序幕，之后在美國的移動計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會議中也提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念，并預(yù)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是21世紀(jì)難得的發(fā)展領(lǐng)域。美國的一家雜志在2003年談到未來十大新興技術(shù)時(shí)，排在第一位的就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；同年，美國的另外一家雜志《商業(yè)周刊》在論述四大新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列在其中；甚至《今日防務(wù)》雜志給出評論：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和大規(guī)模發(fā)展將會帶來一場跨時(shí)代的戰(zhàn)爭革新，這不僅體現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，軍事領(lǐng)域和未來戰(zhàn)爭也必將發(fā)生翻天覆地的變化。從上面我們可以看出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，將會推動社會進(jìn)步和科技發(fā)展，引領(lǐng)時(shí)代潮流。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線通信網(wǎng)絡(luò)，它是由許多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線自組織的方式構(gòu)成的，應(yīng)用在一些復(fù)雜環(huán)境，如戰(zhàn)場、環(huán)境監(jiān)控等地方；通過無線的形式將傳感器感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理之后，傳送給網(wǎng)關(guān)或者外部網(wǎng)絡(luò)；因?yàn)樗哂凶越M網(wǎng)形式和抗擊毀的特點(diǎn)，已經(jīng)引起了各個(gè)國家的積極關(guān)注。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)和少數(shù)幾個(gè)匯聚（Sink）節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作流程如下：首先使用飛機(jī)或其他設(shè)備在被關(guān)注地點(diǎn)撒播大量微型且具有一定數(shù)據(jù)處理能力的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)激活之后通過無線方式來搜集它附近的傳感器節(jié)點(diǎn)，并與這些節(jié)點(diǎn)建立連接，從而形成多節(jié)點(diǎn)分布式網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)通過傳感器感知功能采集這些區(qū)域的信息，經(jīng)過自身處理之后，采用節(jié)點(diǎn)間相互通信方式最終傳給外部網(wǎng)絡(luò)。

如圖1.1所示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感區(qū)域內(nèi)大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)、外部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中無線傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地分布在被檢測區(qū)域內(nèi)，通過協(xié)作感知的形式實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的通信。出于對通信范圍或者節(jié)能的考慮，節(jié)點(diǎn)只能與固定范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)，因此要訪問相鄰節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)或者要將數(shù)據(jù)送到外部網(wǎng)絡(luò)，必須采用多跳傳輸方式。Sink節(jié)點(diǎn)的能量值和通信距離比無線傳感器節(jié)點(diǎn)稍強(qiáng)，負(fù)責(zé)整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換，從而實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)關(guān)與傳感區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的相互通信。例如，節(jié)點(diǎn)A感知到數(shù)據(jù)之后，通過節(jié)點(diǎn)B、C、D、E多跳傳輸給Sink節(jié)點(diǎn)，再由Sink節(jié)點(diǎn)傳送給外部網(wǎng)絡(luò)（如Internet）。

圖1.1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)