隨著傳感器技術(shù)、 嵌入式技術(shù)、 分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展， 以大量的具有微處理能力的微型傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)逐漸成為研究熱點問題。
與傳統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡(luò)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相比， WSN的自組織性、 動態(tài)性、 可靠性和以數(shù)據(jù)為中心等特點， 使其可以應(yīng)用到人員無法到達的地方， 比如戰(zhàn)場、 沙漠等。因此， 可以斷定未來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將有更為廣泛的前景。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為: **、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。
與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有很明顯的優(yōu)勢特點，主要的要求有：低能耗、 低成本、 通用性、 網(wǎng)絡(luò)拓撲、 **、 實時性、 以數(shù)據(jù)為中心等。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)
采用同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)， 由傳感器節(jié)點、 匯聚節(jié)點、 服務(wù)器端的PC和客戶端的PC四大硬件環(huán)節(jié)組成， 各組成環(huán)節(jié)功能如下。
傳感器節(jié)點
部署在監(jiān)測區(qū)域（A區(qū)）， 通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其它節(jié)點逐跳進行無線傳輸， 經(jīng)過多跳后達到匯聚節(jié)點（B區(qū)）。
匯聚節(jié)點
是一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器， 負責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的組建， 再將傳感器節(jié)點無線傳輸進來的信息與數(shù)據(jù)通過SCI（ 串行通信口）傳送到服務(wù)器端PC。
服務(wù)器端PC
是一個位于B區(qū)的管理節(jié)點， 也是獨立的Internet網(wǎng)關(guān)節(jié)點。在LabVIEW軟件平臺上面有兩個軟件：一是對傳感器無線網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測管理的軟件平臺VI， 即一個監(jiān)測傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器VI； 二是Web Server軟件模塊和遠程面板技術(shù)(Remote Panel)， 可實現(xiàn)傳感器無線網(wǎng)絡(luò)與Internet的連接。
客戶端PC
客戶端PC上無需進行任何軟件設(shè)計， 在瀏覽器中就可調(diào)用服務(wù)器PC中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測虛擬儀器的前面板， 實現(xiàn)遠程異地（C區(qū)）對傳感器無線網(wǎng)絡(luò)（A區(qū)）的監(jiān)測與管理。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點
1． 傳感器及其調(diào)理電路
應(yīng)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所在的地區(qū)環(huán)境特點來選擇傳感器， 以適應(yīng)環(huán)境溫度變化范圍、 尺寸體積等特殊要求。傳感器所配接的調(diào)理電路將傳感器輸出的變化量轉(zhuǎn)換成能與A/D轉(zhuǎn)換器相適配的0~2.5 V或0~5 V的電壓信號。當處于無電網(wǎng)供電地區(qū)時， 傳感器及其調(diào)理電路都應(yīng)是低功耗的。
2． 數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器系統(tǒng)
傳感器節(jié)點中的計算機系統(tǒng)是低功耗的單片微處理器系統(tǒng)， 可以適應(yīng)遠離測試中心、 偏遠地區(qū)惡劣環(huán)境的工作條件。如美國德克薩斯州儀器（TI）公司生產(chǎn)的MSP430－F149A超低功耗混合信號處理器(Mixed Signal Processor)， 它內(nèi)部自帶采樣/保持器和12位A/D轉(zhuǎn)換器， 可對信號進行采集、 轉(zhuǎn)換以及對全節(jié)點系統(tǒng)進行指令控制和數(shù)據(jù)處理。
3． 射頻模塊
射頻模塊接收外部無線指令并將傳感器檢測到的被測參量數(shù)據(jù)信息無線發(fā)送出去， 如TI公司的CC2420無線收發(fā)芯片。
4． 電源
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中對傳感器節(jié)點的供電是一個**特殊性的正處于研究熱點的技術(shù)問題。若節(jié)點處于遠離電網(wǎng)的偏遠地區(qū)， 一般采用電池供電或無線射頻供電方式。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點
圖1中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點是一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器， 操作PC中監(jiān)測管理軟件平臺的面板控件， 在其指令下負責(zé)執(zhí)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的配置與組建， 并將接收到的傳感器節(jié)點無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息再傳PC機。通常協(xié)調(diào)器主要由微處理器系統(tǒng)、 射頻模塊、 通信接口以及電源四個部分組成， 其硬件組成框圖如圖所示。
1． 通信接口
協(xié)調(diào)器中的通信接口負責(zé)與PC機進行通信。一方面， 當操作PC機中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測平臺VI前面板上的相應(yīng)控件時， 通信接口負責(zé)傳遞下達的相應(yīng)指令， 如檢索網(wǎng)絡(luò)、 發(fā)送數(shù)據(jù)等；另一方面， 協(xié)調(diào)器接收到傳感器節(jié)點無線發(fā)送的數(shù)據(jù)信息時， 也將其通過通信接口上傳到PC中。
2． 微處理器系統(tǒng)
協(xié)調(diào)器中的微處理器是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主控制器， 是協(xié)調(diào)器的核心。
3． 射頻模塊
該射頻模塊將接收傳感器節(jié)點無線發(fā)送的數(shù)據(jù)信息， 經(jīng)通信接口上傳PC；另一方面， 以無線傳輸方式下達PC對傳感器節(jié)點的操作指令。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議
目前無線個域網(wǎng)標準化組織IEEE 802.15 工作組已完成了以下標準的制定：
中速無線個域網(wǎng)標準IEEE 802.15.1——藍牙；
高速無線個域網(wǎng)標準IEEE 802.15.3——超寬帶(UWB)；
低速無線個域網(wǎng)標準IEEE 802.15.4。 低速無線個域網(wǎng)主要為電源能力受限的、 吞吐量要求較低的無線應(yīng)用提供簡單的低成本網(wǎng)絡(luò)連接， 主要目標是以簡單靈活的協(xié)議構(gòu)建一種安裝布置合理、 數(shù)據(jù)傳輸可靠、 設(shè)備成本極低、 能量消耗較小的短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)。
低速無線個域網(wǎng)符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)于低能耗、 低成本、 通用性、 網(wǎng)絡(luò)拓撲、 **、實時性、 以數(shù)據(jù)為中心等要求， 因此目前研究、 應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層及MAC層協(xié)議多采用IEEE 802.15.4 標準。
基于IEEE 802.15.4 標準的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要有2001年9月成立的ZigBee聯(lián)盟提出的ZigBee協(xié)議棧及適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的嵌入式微型IPv6協(xié)議棧。其中， ZigBee協(xié)議以其低成本、 不同廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品可兼容等特點得到廣泛的研究與應(yīng)用。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet的互聯(lián)
同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)引入一個或幾個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點作為獨立的網(wǎng)關(guān)節(jié)點并以此為接口接入互聯(lián)網(wǎng)， 即把與互聯(lián)網(wǎng)標準IP協(xié)議的接口置于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)外部的網(wǎng)關(guān)節(jié)點。這樣做比較符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流模式， 易于管理， 無需對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身進行大的調(diào)整；缺點是會使得網(wǎng)關(guān)附近的節(jié)點能量消耗過快并可能會造成一定程度的信息冗余。
異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點是：部分能量高的節(jié)點被賦予IP地址，作為與互聯(lián)網(wǎng)標準IP協(xié)議的接口。這些高能力節(jié)點可以完成復(fù)雜的任務(wù)， 承擔(dān)更多的負荷， 難點在于無法對節(jié)點的所謂“高能力”有一個明確的定義。同時， 如何使得IP節(jié)點之間通過其它普通節(jié)點進行通信也是一個技術(shù)難題。