隨著(zhù)傳感器技術(shù)、 嵌入式技術(shù)、 分布式信息處理技術(shù)和無(wú)線(xiàn)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點(diǎn)組成的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)逐漸成為研究熱點(diǎn)問(wèn)題。
與傳統無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )相比， WSN的自組織性、 動(dòng)態(tài)性、 可靠性和以數據為中心等特點(diǎn)， 使其可以應用到人員無(wú)法到達的地方， 比如戰場(chǎng)、 沙漠等。因此， 可以斷定未來(lái)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )將有更為廣泛的前景。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
無(wú)線(xiàn)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(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò )覆蓋地理區域內被感知對象的信息，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(guān)察者構成了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的三個(gè)要素。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )所具有的眾多類(lèi)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(dòng)物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現象。潛在的應用領(lǐng)域可以歸納為: **、航空、防爆、救災、環(huán)境、醫療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。
與傳統有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)具有很明顯的優(yōu)勢特點(diǎn)，主要的要求有：低能耗、 低成本、 通用性、 網(wǎng)絡(luò )拓撲、 **、 實(shí)時(shí)性、 以數據為中心等。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統的典型結構
采用同構網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程監測的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統典型結構， 由傳感器節點(diǎn)、 匯聚節點(diǎn)、 服務(wù)器端的PC和客戶(hù)端的PC四大硬件環(huán)節組成， 各組成環(huán)節功能如下。
傳感器節點(diǎn)
部署在監測區域（A區）， 通過(guò)自組織方式構成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。傳感器節點(diǎn)監測的數據沿著(zhù)其它節點(diǎn)逐跳進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸， 經(jīng)過(guò)多跳后達到匯聚節點(diǎn)（B區）。
匯聚節點(diǎn)
是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器， 負責無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的組建， 再將傳感器節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)傳輸進(jìn)來(lái)的信息與數據通過(guò)SCI（ 串行通信口）傳送到服務(wù)器端PC。
服務(wù)器端PC
是一個(gè)位于B區的管理節點(diǎn)， 也是獨立的Internet網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)。在LabVIEW軟件平臺上面有兩個(gè)軟件：一是對傳感器無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行監測管理的軟件平臺VI， 即一個(gè)監測傳感器無(wú)線(xiàn)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(shí)現傳感器無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與Internet的連接。
客戶(hù)端PC
客戶(hù)端PC上無(wú)需進(jìn)行任何軟件設計， 在瀏覽器中就可調用服務(wù)器PC中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )監測虛擬儀器的前面板， 實(shí)現遠程異地（C區）對傳感器無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )（A區）的監測與管理。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的傳感器節點(diǎn)
1． 傳感器及其調理電路
應根據無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )所在的地區環(huán)境特點(diǎn)來(lái)選擇傳感器， 以適應環(huán)境溫度變化范圍、 尺寸體積等特殊要求。傳感器所配接的調理電路將傳感器輸出的變化量轉換成能與A/D轉換器相適配的0~2.5 V或0~5 V的電壓信號。當處于無(wú)電網(wǎng)供電地區時(shí)， 傳感器及其調理電路都應是低功耗的。
2． 數據采集及A/D轉換器與微處理器系統
傳感器節點(diǎn)中的計算機系統是低功耗的單片微處理器系統， 可以適應遠離測試中心、 偏遠地區惡劣環(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)， 它內部自帶采樣/保持器和12位A/D轉換器， 可對信號進(jìn)行采集、 轉換以及對全節點(diǎn)系統進(jìn)行指令控制和數據處理。
3． 射頻模塊
射頻模塊接收外部無(wú)線(xiàn)指令并將傳感器檢測到的被測參量數據信息無(wú)線(xiàn)發(fā)送出去， 如TI公司的CC2420無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片。
4． 電源
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中對傳感器節點(diǎn)的供電是一個(gè)**特殊性的正處于研究熱點(diǎn)的技術(shù)問(wèn)題。若節點(diǎn)處于遠離電網(wǎng)的偏遠地區， 一般采用電池供電或無(wú)線(xiàn)射頻供電方式。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的匯聚節點(diǎn)
圖1中的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )匯聚節點(diǎn)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器， 操作PC中監測管理軟件平臺的面板控件， 在其指令下負責執行無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的配置與組建， 并將接收到的傳感器節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)傳輸的數據信息再傳PC機。通常協(xié)調器主要由微處理器系統、 射頻模塊、 通信接口以及電源四個(gè)部分組成， 其硬件組成框圖如圖所示。
1． 通信接口
協(xié)調器中的通信接口負責與PC機進(jìn)行通信。一方面， 當操作PC機中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )監測平臺VI前面板上的相應控件時(shí)， 通信接口負責傳遞下達的相應指令， 如檢索網(wǎng)絡(luò )、 發(fā)送數據等；另一方面， 協(xié)調器接收到傳感器節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)發(fā)送的數據信息時(shí)， 也將其通過(guò)通信接口上傳到PC中。
2． 微處理器系統
協(xié)調器中的微處理器是整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的主控制器， 是協(xié)調器的核心。
3． 射頻模塊
該射頻模塊將接收傳感器節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)發(fā)送的數據信息， 經(jīng)通信接口上傳PC；另一方面， 以無(wú)線(xiàn)傳輸方式下達PC對傳感器節點(diǎn)的操作指令。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議
目前無(wú)線(xiàn)個(gè)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(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)標準IEEE 802.15.1——藍牙；
高速無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)標準IEEE 802.15.3——超寬帶(UWB)；
低速無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)標準IEEE 802.15.4。 低速無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)主要為電源能力受限的、 吞吐量要求較低的無(wú)線(xiàn)應用提供簡(jiǎn)單的低成本網(wǎng)絡(luò )連接， 主要目標是以簡(jiǎn)單靈活的協(xié)議構建一種安裝布置合理、 數據傳輸可靠、 設備成本極低、 能量消耗較小的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )。
低速無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)符合無(wú)線(xiàn)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(shí)時(shí)性、 以數據為中心等要求， 因此目前研究、 應用的無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)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(chǎng)商生產(chǎn)的產(chǎn)品可兼容等特點(diǎn)得到廣泛的研究與應用。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )與Internet的互聯(lián)
同構網(wǎng)絡(luò )引入一個(gè)或幾個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )傳感器節點(diǎn)作為獨立的網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )外部的網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)。這樣做比較符合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的數據流模式， 易于管理， 無(wú)需對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )本身進(jìn)行大的調整；缺點(diǎn)是會(huì )使得網(wǎng)關(guān)附近的節點(diǎn)能量消耗過(guò)快并可能會(huì )造成一定程度的信息冗余。
異構網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)是：部分能量高的節點(diǎn)被賦予IP地址，作為與互聯(lián)網(wǎng)標準IP協(xié)議的接口。這些高能力節點(diǎn)可以完成復雜的任務(wù)， 承擔更多的負荷， 難點(diǎn)在于無(wú)法對節點(diǎn)的所謂“高能力”有一個(gè)明確的定義。同時(shí)， 如何使得IP節點(diǎn)之間通過(guò)其它普通節點(diǎn)進(jìn)行通信也是一個(gè)技術(shù)難題。