第一章　緒論

一、無線傳感網(wǎng)的定義

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是20世紀(jì)計算機科學(xué)的一項偉大成果，以互聯(lián)網(wǎng)為代表，給人們的生活帶來了重大的變化。然而互聯(lián)網(wǎng)很難感知人們身邊的現(xiàn)實世界，傳感網(wǎng)絡(luò)正是基于這樣的背景下產(chǎn)生的一種能夠感知現(xiàn)實世界的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

無線傳感網(wǎng)（Wireless Sensor Networks：WSNs）是利用傳感器、無線通信和微電機等技術(shù)，基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)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(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。

無線傳感網(wǎng)一般由大規(guī)模隨機分布的無線傳感器節(jié)點、基站以及信息監(jiān)控中心構(gòu)成。傳感器網(wǎng)絡(luò)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(yīng)器、激光掃描器、電子標(biāo)簽、溫濕度傳感器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備。每個傳感器節(jié)點的功能可以相同也可以不同，每個傳感器節(jié)點又由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊、通信模塊和供電模塊等組成。為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆奖悖瑪?shù)據(jù)采集模塊中一般包括傳感器A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)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(fā)器等，從而實現(xiàn)動態(tài)自組織的方式協(xié)同地感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)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(wǎng)絡(luò)通信，節(jié)點間進行通信，每個節(jié)點都可以充當(dāng)路由器的角色，并與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成另一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，讓所有的對象都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別。無線傳感網(wǎng)節(jié)點數(shù)量大、維護困難，而且一般采用電池供電，工作環(huán)境通常比較惡劣，所以低功耗設(shè)計是無線傳感器網(wǎng)的重要設(shè)計準(zhǔn)則，因此，需要對傳統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用開發(fā)更新和改進，達到可靠而耐用。

觀察者是傳感器網(wǎng)絡(luò)的用戶，是感知信息的接受者也是應(yīng)用者。觀察者可以主動地查詢與分析傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知信息，也可以被動地接收傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的信息，用于支持決策、監(jiān)控和管理。觀察者對感知信息進行觀察、分析、挖掘后，對網(wǎng)絡(luò)感知對象采取相應(yīng)的措施。感知對象是傳感器網(wǎng)絡(luò)的測量對象的參數(shù)，也是觀察者感興趣的監(jiān)測目標(biāo)，一般通過表征對象的物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象或其他現(xiàn)象的數(shù)字量來表征。

無線傳感網(wǎng)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，是傳感器、通信和計算機三項技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，因此無線傳感網(wǎng)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(wǎng)的核心技術(shù)，是聯(lián)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(shè)備，也包括各種智能電子產(chǎn)品用來人工生成信息，其中以傳感器為主，實現(xiàn)對監(jiān)測目標(biāo)物的識別。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要通過各種類型的傳感器對物質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境狀態(tài)、行為模式等信息開展大規(guī)模、長期、實時地獲取，觀察者可以隨時隨地連入互聯(lián)網(wǎng)，分享相關(guān)信息。

（二）網(wǎng)絡(luò)傳輸層

把感知識別層獲取的數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)，供上層服務(wù)使用。無線個域網(wǎng)絡(luò)包括紅外、藍牙、ZigBee等通信協(xié)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(lián)和設(shè)備控制。無線局域網(wǎng)包括現(xiàn)在廣為流行的WiFi，為一定區(qū)域內(nèi)的用戶提供網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)，提供便捷的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)傳感網(wǎng)互聯(lián)。

（三）管理與服務(wù)層

在高性能計算機及海量存儲技術(shù)的支撐下，管理與服務(wù)層可高效、可靠地組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，為上層行業(yè)應(yīng)用提供支持。利用海量數(shù)據(jù)，并利用運籌學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等對數(shù)據(jù)進行進一步的分析。

（四）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層

網(wǎng)絡(luò)利用現(xiàn)有的手機、PC等終端實現(xiàn)不同行業(yè)和部門的具體應(yīng)用。無線傳感網(wǎng)技術(shù)是典型的具有交叉學(xué)科性質(zhì)的軍民兩用戰(zhàn)略高技術(shù)，可以廣泛用于國防軍事、國家安全、環(huán)境科學(xué)、災(zāi)害預(yù)測、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、城市信息等領(lǐng)域。傳感網(wǎng)在民用方面，涉及城市公共安全、公共衛(wèi)生、安全生產(chǎn)、智能交通、智能家居、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。