WSN是无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)一种新兴的网络,最早的研究来源于美国军方。无线传感器网络由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳自组织的网络系统,节点之间可以相互传递信息,并协作完成监测任务。最早的传感器网络出现在20世纪70年代,将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络,我们称之为第一代传感器网络。随着传感器技术和计算机技术的发展,传感器网络具有了获取多种信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相连,组成具有信息处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从20世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器得以运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。
最早的代表性论述出现在1999年,题为“传感器走向无线时代”,著名杂志《Business Weekly》将无线传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。随后在美国召开的移动计算和网络国际会议上,提出了无线传感器网络将是21世纪面临的发展机遇。2003年,美国MIT《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。美国《今日防务》杂志更是认为无线传感器网络的应用和发展,将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。2004年杂志《IEEE Spectrum》发表一期专集《传感器的国度》,论述了无线传感器网络的发展和可能的广泛应用。可以预计,无线传感器网络的发展和广泛应用,将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响并产生巨大的推动。
提到无线传感器网络,不可避免地需要将其与另一种Ad hoc无线自组网技术进行对比。无线传感器网络虽然与Ad hoc网络有许多相似之处,如不需要有线基础设施支持、通信方式都支持多跳,但两者之间存在明显的区别。典型的Ad hoc网络支持任意节点间的路由,而传感器网络有更专用的路由协议。在节点资源受限的层面商,无线传感器网络的节点更受限制且其能量限制的情况最严重,在成功部署后,许多传感器网络被涉及成无人值守,电池不可更换。在传感器网络中经常呈现的节点间的信任关系超出了在Ad hoc网络中发现的类似关系,无线传感器网络中的邻居节点常常感测到同样的或相关环境的事件,因此路由协议必须考虑能量和带宽问题一消除冗余的信息,这常常需要节点间的信任关系,但Ad hoc网络中没有这些假设。
在无线传感器网络中,节点相互协作,感知、采集和处理网络覆盖区域内的各种环境或监测对象的信息,并发送给观察者,传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。从体系结构商来讲,无线传感器网络一般由普通传感器节点、Sink节点或基站(Base Station,BS)、互联网或通信卫星、用户管理节点构成。在无线传感器网络中,节点以自组织形式构成网络,实时进行数据采集,对感知采集到的数据信息进行融合处理,通过多跳中继方式将监测数据传送到Sink节点,最终借助互联网或卫星将区域内的数据传送到远程中心的管理节点进行集中处理。Sink节点也可以用同样的方式将信息发送各节点。用户可通过管理节点对传感器网络进行配置和管理。
传感器节点任意散步在指定的监测区域中,散步节点的过程一般是通过飞行器撒播、机器人或人工布置和炮弹弹射等方式完成的。其中,传感器网络节点的组成在不同应用中不尽相同,但一般由数据采集模块、处理模块、无线通信模块、定位系统、移动管理器和能量供应模块等组成。每个节点都是一个微型的嵌入式系统,同时具有网络节点的终端和路由器双重功能,除了进行本地信息收集和数据处理,还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理。