現(xiàn)代無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，通常是以 的“低能耗無(wú)線集成微型傳感器”作為標(biāo)志。隨著各國(guó)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)研究，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)，成為廣泛關(guān)注和 有競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用技術(shù)之一。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域或監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，通常由大量的低功耗、廉價(jià)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成。這些傳感器節(jié)點(diǎn)被固定或隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，它們之間通過(guò)無(wú)線自組織方式形成一個(gè)多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感信息被采集后，經(jīng)過(guò)處理和傳輸， 終被送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。Internet的出現(xiàn)為我們構(gòu)建了一個(gè)邏輯上的信息世界，從而改變了人與人之間的交流與溝通方式；而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，則將這個(gè)邏輯上的信息世界延伸至客觀上的物理世界，將二者進(jìn)行融合，使人與人的交流和溝通演變?yōu)槿伺c自然界的交互。 《商業(yè)周刊》將其列為21世紀(jì) 有影響的技術(shù)之一。MIT的《技術(shù)評(píng)論》則將其列為改變世界的十大技術(shù)之一。由此可見，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息感知和采集的一場(chǎng)革命，它的出現(xiàn)將會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的變革。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息中一個(gè)全新的發(fā)展方向，同時(shí)也是新興學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科進(jìn)行間交叉的結(jié)果。
大量的傳感器節(jié)點(diǎn)被部署在需要信息采集的區(qū)域中。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由各種機(jī)械、熱、生物、化學(xué)、光學(xué)、磁力等傳感器加上無(wú)線通信系統(tǒng)組成，傳感節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的自組織網(wǎng)絡(luò)傳送給Sink節(jié)點(diǎn)。目前傳感器節(jié)點(diǎn)自組織網(wǎng)絡(luò)采用的通信技術(shù)很多，如ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙、UWB等，不同的應(yīng)用需求決定了采用不同的通信技術(shù)。因?yàn)椴捎米越M織方式組網(wǎng)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)除了采集和發(fā)送數(shù)據(jù)外，也需要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在某些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，傳感器節(jié)點(diǎn)也可能先將采集的數(shù)據(jù)傳至一個(gè)稱為匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳至Sink節(jié)點(diǎn)。Sink節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中所有數(shù)據(jù)的目的地，它來(lái)匯聚網(wǎng)絡(luò)中的各種采集數(shù)據(jù)。Sink節(jié)點(diǎn)通常通過(guò)遠(yuǎn)距離的通信方式與數(shù)據(jù)中心相連。通常采用的通信方式有通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)(GPRS)、衛(wèi)星通信技術(shù)、Wi-Fi、WiMAX、3G/LTE、Internet等。
由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由隨機(jī)部署的廉價(jià)傳感節(jié)點(diǎn)組成，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)故障，網(wǎng)絡(luò)憑借其良好的自組織能力和容錯(cuò)能力，依然能夠保持正常運(yùn)行，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩潰，非常適合在條件惡劣的或人類無(wú)法到達(dá)的環(huán)境中應(yīng)用，目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、健康、空間探索、商業(yè)等。
在工業(yè)環(huán)境中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)勢(shì)，包括安裝便捷、部署靈活、降低成本，能避免工廠環(huán)境中“蜘蛛網(wǎng)”般連線的混亂局面?？捎糜谏a(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有助于提 、控制功耗、減少排放、降低維護(hù)成本、優(yōu)化控制。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)中常用的通信技術(shù)有ZigBee、WirelessHART、ISA100以及中國(guó)自主制定的WIA等標(biāo)準(zhǔn)。這些通信標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)鏈路層都是基于IEEE802.15.4協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。802.15.4是一種工作在2.4GHz的經(jīng)濟(jì)、 、低傳輸速率(低于250kbps)的無(wú)線通信技術(shù)，支持傳感器、遠(yuǎn)端控制和家用自動(dòng)化等應(yīng)用。通常通信范圍小于100m。IEEE802.15.4協(xié)議僅僅規(guī)定了物理層(PHY)和媒體訪問(wèn)控制層(MAC)協(xié)議，其物理層采用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)以避免通信干擾。在MAC層，主要是沿用無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)中IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA方式，以提高系統(tǒng)的兼容性。
在農(nóng)業(yè)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒕W(wǎng)絡(luò)為中心的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化 農(nóng)業(yè)模式。 農(nóng)業(yè)主要是指管理者可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地獲取有關(guān)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境和條件的信息，以便及時(shí)了解作物長(zhǎng)勢(shì)和可能出現(xiàn)的異常情況，診斷原因。在 農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)可以收集到多種 的信息，包括農(nóng)作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)、大氣及土壤的溫濕度、降水量、土壤中微量元素含量、酸堿度、病蟲害發(fā)生動(dòng)態(tài)等環(huán)境和作物信息資源，這些信息采集后通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送到管理監(jiān)控中心，農(nóng)業(yè)專家或農(nóng)場(chǎng)管理者可以根據(jù)采集的信息進(jìn)行綜合處理和分析，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)信息的地理位置進(jìn)行問(wèn)題定位，遠(yuǎn)程指導(dǎo)和控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程，從而農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。農(nóng)業(yè)中其它典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還包括農(nóng)作物災(zāi)害狀態(tài)監(jiān)測(cè)、溫室溫度監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制、光照控制、施肥灌溉自動(dòng)化控制等方面。對(duì)于這些數(shù)據(jù)的充分利用，將有助于減少資源的浪費(fèi)，節(jié)約用工成本，提高生產(chǎn)效率，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。
在環(huán)境監(jiān)測(cè)上，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以克服采用傳統(tǒng)方式無(wú)法在惡劣環(huán)境采集原始數(shù)據(jù)的困難。例如，可以在人類難以到達(dá)的極端惡劣區(qū)域(如極地、海洋、沙漠等)，利用無(wú)人機(jī)空中拋灑部署一次性無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)的自組網(wǎng)特性以及衛(wèi)星通信等手段，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的采集。利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以跟蹤候鳥和動(dòng)物的遷移；監(jiān)測(cè)海洋、大氣和土壤的成分；監(jiān)測(cè)河流、濕地、空氣的污染狀況；研究環(huán)境變化對(duì)動(dòng)植物的影響；監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)地震、山洪、泥石流、滑坡發(fā)生的可能性以及對(duì)森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等。
在上，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和病人的全天候健康監(jiān)護(hù)。被診斷或監(jiān)護(hù)的病人通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和其它輔助網(wǎng)絡(luò)將自身的健康參數(shù)傳給機(jī)構(gòu)，足不出戶就可以在家里就診。醫(yī)院可以在危重病人身上安裝用途的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行24小時(shí)的全天候監(jiān)護(hù)，結(jié)合現(xiàn)有的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，如3G網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)生就可以實(shí)時(shí)掌握被監(jiān)護(hù)病人的健康狀態(tài)，以便在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理。同時(shí)，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)與病人進(jìn)行溝通，指導(dǎo)病人用藥等。利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)藥研究機(jī)構(gòu)還可以長(zhǎng)時(shí)間地跟蹤采集測(cè)試病人用藥后的生理反應(yīng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)幫助醫(yī)藥研究機(jī)構(gòu)了解的藥性及副作用，對(duì)研制和改進(jìn)新藥品會(huì)有較大幫助。此外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在管理、運(yùn)輸?shù)戎T多方面，也有著廣泛的應(yīng)用。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在空間探索方面也發(fā)揮著重要作用。長(zhǎng)期以來(lái)，人類一直沒(méi)有停止過(guò)外太空的探索工作，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以借助航天器布撒在太空中，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其它星球表面和外太空長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，這對(duì)于小巧、廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)切實(shí)可行的方案。 NASA的JPL實(shí)驗(yàn)室研制的SensorWebs就是一種專門為火星探測(cè)進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備的無(wú)線傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)在佛羅里達(dá)宇航中心周圍的模擬環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中進(jìn)行了測(cè)試和完善。 航空航天局十前發(fā)射的尤利西斯號(hào)探測(cè)器在太陽(yáng)系的星際邊界地帶發(fā)現(xiàn)了氦元素的存在。2008年發(fā)射的星際邊界探測(cè)器(IBEX)近口發(fā)現(xiàn)有外來(lái)物質(zhì)正從星際空間闖入太陽(yáng)系。該發(fā)現(xiàn)可能會(huì)幫助人們了解太陽(yáng)系的形成方式和地點(diǎn)、促其形成的力量以及銀河系中其它星體的歷史。已成功發(fā)射并仍在履行探測(cè)任務(wù)的火星探測(cè)器“機(jī)遇號(hào)”和“勇氣號(hào)”也是通過(guò)攜帶的大量傳感器對(duì)火星表面、土壤、大氣等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。
除了以上各種應(yīng)用外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還有一些他商業(yè)應(yīng)用。如實(shí)現(xiàn)家庭 監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制的智能家居系統(tǒng)；智能小區(qū)與樓宇系統(tǒng)；城市車輛監(jiān)測(cè)和跟蹤管理系統(tǒng)；倉(cāng)儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)等。
總之，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、和空間探索等許多方面都有廣泛的應(yīng)用前景和潛在的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。可以預(yù)見，隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 會(huì)在人類社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)方面發(fā)揮出 加重要的作用。
