无线传感器网络技术：应用与发展趋势

无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）简称为无线传感网，它是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。

无线传感器具有众多不同类型的传感器，可以探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体地大小、速度和方向等周边环境中多种多样的物理现象。潜在的应用领域可以归纳为军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。

1）无线传感器的定义

无线传感网是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点组成的，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作得感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的3个要素。

近年来，微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感网就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

正如互联网使计算机能够访问各种数字信息，而可以不管其保存在什么地方，传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。它甚至被人称为一种全新类型的计算机系统，这就是因为它区别于过去硬件的可到处散步的特点以及集体分析能力。

2）无线传感器的结构(www.xing528.com)

无线传感器的结构如图9-2所示。

图9-2　无线传感网的结构

无线传感器系统通常包括传感器结点、汇聚结点和任务管理结点。大量传感器结点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器结点监测的数据沿着其他传感器结点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个结点处理，经过多跳后路由到汇聚结点，最后通过互联网或卫星到达管理结点。用户通过管理结点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。

（1）传感器结点。传感器结点的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过小容量电池供电。传感器结点由部署在感知对象附近大量的廉价微型传感器模块组成，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送到汇聚结点。各模块通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，传感器结点采集到的数据沿着其他传感器结点逐个传输到汇聚结点。一个WSN系统通常有数量众多的体积小、成本低的传感器结点。从网络功能上看，每个传感器结点除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他结点转发来的数据进行存储、管理和融合，并与其他结点协作完成一些特定任务。

（2）汇聚结点。汇聚结点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它是连接传感器网络与Internet等外部网络的网关，实现两种协议间的转换，同时向传感器结点发布来自管理结点的监测任务，并把WSN收集到的数据转发到外部网络上。汇聚结点既可以是一个具有增强功能的传感器结点，有足够的能量供给、更多的内存与计算资源，也可以是没有检测功能、仅带有无线通信接口的特殊网关设备。

（3）管理结点。管理结点用于动态地管理整个无线传感器网络。传感器网络的所有者通过管理结点访问无线传感器网络的资源。