第十章无线传感器网络10.1无线传感器网络的特点和发展10.2无线传感器网络的结构和组成10.3无线传感器网络的关键技术10.4无线传感器网络协议标准10.5无线传感器网络的应用设计10.1.1概述无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）是由部署在某个较大范围内的较多数量传感器节点组成的传感器网络，普遍采用无线传输的通信方式，其目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中被测对象的相关信息，并发送给数据采集中心进行存储、判断等处理，部分系统还具有反馈控制等功能。1978年，美国国防部高级研究所计划署资助卡耐基-梅隆大学进行无线传感器网络的研究，可视为无线传感器网络研究的开始。2000年，美国国防部将传感器网络列为国防五个尖端研究领域之一。2003年，美国《技术评论》将无线传感器技术列为未来改变人类生活的十大技术之一；同年，美国自然科学基金委员会制定了传感器网络研究计划，投资3400万美元，支持相关基础理论的研究。2006年我国发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》在信息技术领域确定了3个前沿方向，其中有2项与无线传感器网络研究直接相关。此外，英特尔、微软等知名企业均在无线传感器网络方面设立了相应的研究计划。10.1.2特点1.硬件资源有限2.应用相关性3.网络的大规模4.自组网和自维护性5.以数据为中心6.路由多跳性7.安全性10.1.3应用与发展1.军事领域2.大坝、桥梁等大型建筑3.工业领域4.医疗护理5.环境监测与生态保护10.2无线传感器网络的结构和组成10.2.1结构
无线传感器网络系统通常由传感器节点（现场节点）、汇聚节点和管理节点（数据监控中心）等组成。
各层协议和平台的功能：（1）物理层实现信道的选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等功能，其传输介质可以是无线、红外或其他光介质。（2）数据链路层负责数据流的多路复用、数据帧检测、媒体介入和差错控制，以保证无线传感器网络中节点之间的链接。（3）网络层主要负责路由生成与路由选择，包括分组路由、网络互联、拥塞控制等功能。（4）传输层主要负责数据流的传输控制，由于无线传感器网络的数据量通常并不是很大，因此是否需要传输层在不同的系统中并未统一，现阶段对传输控制的研究主要聚焦于错误恢复机制。（5）应用层：主要任务是获取各类数据并进行初步处理，其与具体的用途相关，需要针对具体应用进行设计。（6）能量管理模块管理传感器节点如何使用能源，如节点是否进入休眠或低功耗模式等。（7）移动控制模块检测并注册传感器节点的移动，维护到节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。（8）网络管理负责在一个给定的区域内调度和平衡监测任务。10.2.2网络节点的基本组成传感器网络节点本质上是一个典型的嵌入式系统，通常由传感器、信号调理和转换、微控制器、无线通信模块和电源等5部分组成。10.3无线传感器网络的关键技术10.3.1时间同步技术时间同步是完成实时信息采集的基本要求，也是提高定位精度的基础。越来越多的研究试图去解决时间同步的问题，提出了如参考广播同步（RBS）、时间同步协议（TPSN）等同步机制，但都还存在一定的缺陷。无线传感器网络定位是指自组织的网络通过一些特定的方法和算法确定节点或目标的位置信息。根据不同的标准可以将定位算法分为基于测距的定位和测距无关的定位、绝对定位和相对定位等。基于测距的定位是通过节点间测量的距离或角度信息，使用定位算法计算节点的位置。测距无关的定位是根据网络的连通性、延时等进行定位。基于测距的定位技术精度高，但有时需要增加额外的硬件和能量开销，主要算法有TOA、TDOA等。测距无关的定位技术精度较差，但克服了测距定位的缺点，适合对精度要求不高的场合，常见的算法有质心算法、SPA算法等。10.3.2定位技术10.3.3拓扑控制技术拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑结构控制、节点睡眠调度3类。功率控制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络连通度和覆盖率的前提下，减少节点的发送功率，均衡节点单跳可达的邻居数目。