一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成
WSNs集微電子、傳感器、通信、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、智能計(jì)算等多個(gè)技術(shù)于一體，是一個(gè)多學(xué)科交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究。WSNs一般由大量部署在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些體積小、、種類功能繁多的傳感器節(jié)點(diǎn)
通過(guò)自組織的形式組成自組網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)單跳或多跳方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，以協(xié)作的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)物理世界的信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)智能的感知、采集、傳輸、處理和控制。顯然，WSNs的業(yè)務(wù)范圍超過(guò)現(xiàn)有的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，且WSNs便于部署，擅長(zhǎng)在惡劣的或需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的環(huán)境中工作，可從復(fù)雜的物理世界獲取感興趣的信息，有助于實(shí)現(xiàn)人類與自然環(huán)境之間的信息即時(shí)溝通。
WSNs的系統(tǒng)架構(gòu)，主要包括傳感器節(jié)點(diǎn)(SensorNode)、匯聚節(jié)點(diǎn)(SinkNode)和遠(yuǎn)程任務(wù)管理(RemoteTaskManagement)三個(gè)部分。大量的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域，并以自組織和多跳的方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息以多跳的方式傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程任務(wù)管理，供觀察者使用；觀察者可通過(guò)遠(yuǎn)程任務(wù)管理配置和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
在當(dāng)前的WSNs應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)常采用低成本、低功耗且具有 的感知、計(jì)算和無(wú)線通信能力的電子設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、事件監(jiān)測(cè)、事件標(biāo)識(shí)、位置監(jiān)測(cè)和節(jié)點(diǎn)控制等功能。傳感器節(jié)點(diǎn)間通信距離很短，一般采用多跳方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。匯聚節(jié)點(diǎn)的通信能力與數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)，負(fù)責(zé)連接傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)程任務(wù)管理的指令給傳感器節(jié)點(diǎn)，并把傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)到的事件信息傳送至遠(yuǎn)程任務(wù)管理端。
二、 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
WSNs是一種新型的能獲取信息的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，下面簡(jiǎn)單介紹其主要特點(diǎn)。
1、網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模大
WSNs規(guī)模大主要體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域大、節(jié)點(diǎn)部署數(shù)密集兩個(gè)方面。為了獲取 的信息，一個(gè)WSN可包含成千上萬(wàn)個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)往往被隨機(jī)分布在一個(gè)很大的特定地理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。WSNs的大規(guī)模特性使其獲取的信息具有很大的信噪比，通過(guò)分布式處理大量的采集信息能提高監(jiān)測(cè)精度，降低對(duì)單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的依賴；大量冗余節(jié)點(diǎn)的存在，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性；同時(shí)，大量節(jié)點(diǎn)能增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域，減小網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的存在。
2、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源受限
WSNs節(jié)點(diǎn)的資源受限主要體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)電源能量有限、節(jié)點(diǎn)通信能力有限、節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力有限等方面。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布廣，通過(guò) 換節(jié)點(diǎn)的電池來(lái)補(bǔ)充節(jié)點(diǎn)能量的方式往往是不現(xiàn)實(shí)的。如何 地使用節(jié)點(diǎn)的能量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生命周期的 大化，是WSNs應(yīng)用中的一個(gè)重要問(wèn)題。節(jié)點(diǎn)的能量受限，又直接影響到節(jié)點(diǎn)的通信能力。
3、網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心
WSNs中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用編號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)后隨機(jī)部署，節(jié)點(diǎn)編號(hào)與節(jié)點(diǎn)位置之間沒(méi)有必然的聯(lián)系。當(dāng)用戶使用WSNs查詢事件時(shí)，關(guān)心的是監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)對(duì)象的狀態(tài)信息，將查詢事件告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而非網(wǎng)絡(luò)中的單個(gè)節(jié)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)事件是大量節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的諸多數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再將獲取的指定事件數(shù)據(jù)匯報(bào)給用戶，而單個(gè)節(jié)點(diǎn)感知的數(shù)據(jù)對(duì)用戶意義不大。WSNs把節(jié)點(diǎn)視為感知數(shù)據(jù)流，把網(wǎng)絡(luò)視為感知數(shù)據(jù)庫(kù)，把數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理作為網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，把用戶定制的數(shù)據(jù)信息作為目標(biāo)，因此WSNs是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。
4、網(wǎng)絡(luò)的自組織性
在WSNs的應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)常被隨機(jī)部署在沒(méi)有充足的基礎(chǔ)設(shè)備的區(qū)域，多數(shù)節(jié)點(diǎn)的位置不可能預(yù)先設(shè)定，節(jié)點(diǎn)之間的相鄰關(guān)系也無(wú)法預(yù)先獲取，因此就要求無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織能力，能自動(dòng)進(jìn)行自身配置并實(shí)現(xiàn)自身管理，通過(guò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動(dòng)形成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此外，受能耗、應(yīng)用環(huán)境、現(xiàn)實(shí)需求等因素的影響，在WSNs的使用過(guò)程中部分節(jié)點(diǎn)可能會(huì)失效，也可能需要增加部分節(jié)點(diǎn)以提高監(jiān)測(cè)精度，所以WSNs中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量存在不確定性，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是動(dòng)態(tài)變化的，這些都要求WSNs有較強(qiáng)的自組織能力。
5、網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)管理和高度協(xié)作性
WSNs是一種任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò)，由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn) 具有高度的協(xié)作性。同時(shí)，由于傳感器節(jié)點(diǎn)、傳感對(duì)象、網(wǎng)絡(luò)管理者都可能出現(xiàn)變化，并且經(jīng)常有新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)或已有節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要具有動(dòng)態(tài)調(diào)整性，使得傳感器網(wǎng)絡(luò) 具有自動(dòng)管理能力。
