無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks， WSN）是一種分布式傳感網絡，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網絡設置靈活，設備位置可以隨時更改，還可以跟互聯網進行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。

WSN的發展得益于微機電系統（Micro-Electro-Mechanism System， MEMS）、片上系統（System on Chip， SoC）、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展。WSN廣泛應用于軍事、智能交通、環境監控、醫療衛生等多個領域。

傳感器

感知對象

觀察者

觀察者將興趣信息告知傳感器節點，傳感器節點發現感知對象后，進行協作地偵察、感知和采集感知目標的數據并進行處理，之后將信息傳輸給觀察者。

傳感器節點以人工、飛機播撒或炮彈發射等方式被部署到監測區域，以自組織的形式進行組網。各傳感器節點之間，傳感器節點與網關/sink節點之間，均采用無線建立通信鏈路。傳感器節點具有信息采集和路由雙重功能。

信息采集可以或與其它節點協作地檢測感知區域目標的溫度、濕度、紅外等物理特性，收集相關數據；路由功能指對其它節點轉發過來的數據進行存儲、管理和融合，傳輸給下一跳節點或是網關/sink節點。

網關/sink節點，也叫匯聚節點。它的處理能力、存儲能力和通信能力較強，它既可以是能量供給充足且有更多的內存資源與更強的計算能力的傳感器節點，也可以是帶有無線通信接口的特殊網關設備。網關節點是連接傳感器網絡與外部網絡的橋梁紐帶，通過協議轉換實現節點管理和傳感器網絡之間的通信，而且也可將傳感器節點采集的數據發送到互聯網、衛星或是移動通信網絡上，且對傳感器節點發布管理信息。

觀察者是無線傳感器網絡的用戶，是感知信息的接收和應用者。觀察者可以通過筆記本、PDA、手機等終端設備接收傳感器節點收集的信息，也可以主動地收集或查詢無線傳感器網絡監測、采集到的信息。經過對傳感器節點收集的信息進行觀察、分析之后，觀察者可以對感知目標采取相應的行動，或者制定決策。

無線傳感器網絡所涉及的技術

傳感器技術；

嵌入式計算技術；

現代網絡及無線通信技術；

分布式信息處理技術等。

無線傳感器網絡除了具有Ad hoc網絡的移動性、自組織性等特征以外，還具有很多其他鮮明的特點，這些特點向我們提出了一系列挑戰性問題。

1）動態性網絡

無線傳感器網絡具有很強的網絡動態性。傳感器節點的死亡、移動，新節點的加入，環境條件變化導致通信鏈路的帶寬變化，甚至時斷時通等因素，使得整個網絡的拓撲結構發生動態變化，要求網絡具有可調整性和可重構性。

2）硬件資源有限

節點在通信能力、計算能力和內存空間等方面的限制使得網絡需要通過中間節點進行路由，此外，還必須重新設計簡單有效的協議。

3）能量受限

由于無線傳感器網絡的部署環境復雜，有時甚至是人跡罕至的原始森林，而且傳感器節點部署的數量龐大，通過人工更換電池來補充能量消耗是不可能實現的；又由于應用的需求，傳感器節點體積要盡可能的小。這些使得傳感器節點只可能攜帶有限能量的電池，所以當傳感器節點的能量消耗殆盡時，也就表示著此節點死亡。因此，如何在網絡工作過程中節省能源，最大化網絡的生命周期，是無線傳感器網絡重要的研究課題之一。

傳感器節點能量消耗示意圖

消耗能量的模塊主要有傳感模塊、處理模塊和無線通信模塊。

處理器和傳感器的功耗隨著集成工藝的進步，已經達到了令人滿意的水平，能量消耗主要集中在無線通信模塊上。

通信過程中，節點有四種狀態：發送、空閑、接收以及睡眠。

節點處于發送狀態時能量消耗最多；

接收狀態和空閑狀態相差不多，略小于發送狀態；

處于睡眠狀態能量消耗最小。

4）大規模網絡

網絡規模大主要體現在三個方面：

一是部署的感知區域地理面積比較大，可以在不同空間采用不同視角對目標進行監測 ；

二是節點數目龐大，減小了覆蓋區域出現盲點或是漏點的概率；

三是部署密度大，即在一個較小的面積內部署大量的節點，提高了信息采集的精度，從而降低了對單個節點精度的需求，而且大量的冗余節點可以使系統具有很強的容錯性。

5）以數據為中心

無線傳感器網絡節點隨機部署到感知區域，節點編號與網絡之間的關系是動態的，沒有必然的聯系。

觀察者只關心其事件本身，而對于事件的數據是由哪個節點傳輸過來的并不在意。

以數據為中心的特點要求無線傳感器網絡能夠脫離傳統網絡的尋址過程，快速有效地組織起各個節點的感知信息并融合提取出有用信息直接傳送給用戶。

6）廣播方式通信

由于無線傳感器網絡中節點數目龐大，使得其在組網和通信時不可能如Ad hoc網絡那樣采用點對點的通信，而要采用廣播方式，以加快信息傳播的范圍和速度，并可以節省電力。

7）無人值守

由于網絡規模巨大，不可能人工照顧每個節點，網絡系統往往在無人值守的狀態下工作，這導致了網絡系統的能源受限。

8）易受物理環境影響，網絡通信能力有限

無線傳感器網絡與其所在的物理環境密切相關，并隨著環境的變化而不斷地變化。這些時變因素嚴重地影響了系統的性能，因此要求無線傳感器網絡系統要具有動態環境變化的適應性。

網絡節點采用短距離低功率無線通信技術，通信覆蓋范圍一般只有幾十米，需要多跳中繼傳輸才能把數據發布到收集信息的基站。環境因素的影響會導致通信質量的下降。

無線傳感器網絡的前景

無線傳感器網絡能夠協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并以無線的方式發送出去，通過無線網絡最終發送給觀察者。它是物聯網的基本組成部分，改變了人與自然的交互方式，具有廣闊的應用前景。