無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種無中心節(jié)點(diǎn)的全分布系統(tǒng)。通過隨機(jī)投放的方式，眾多傳感器節(jié) 點(diǎn)被密集部署于監(jiān)控區(qū)域。這些傳感器節(jié)點(diǎn)集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊，它們 通過無線通道相連，自組織地構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

傳感器節(jié)點(diǎn)借助于其內(nèi)置的形式多樣的傳感器，測量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲吶、雷達(dá)和地震波信號，也包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等眾多人們感興趣的物理現(xiàn)象。傳感器節(jié)點(diǎn)間具有良好的協(xié)作能力，通過局部的數(shù)據(jù)交換來完成全局任務(wù)。

由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)特點(diǎn)的要求，多跳、對等的通信方式較之傳統(tǒng)的單跳、主從通信方式更適合于無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還可有效避免在長距離無線信號傳播過程中遇到的信號衰落和干擾等問 題。通過網(wǎng)關(guān)，傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，從而將采集到的信息回傳 給遠(yuǎn)程的終端用戶使用。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下的特點(diǎn)。

(1)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)

為了獲取精確信息，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)通常部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量可能達(dá)到 成千上萬，甚至更多。

傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模性包括兩方面的含義：

一方面是傳感器節(jié)點(diǎn)分布 在很大的地理區(qū)域內(nèi)，如在原始大森林中采用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行森林防火和環(huán)境監(jiān)測，需要部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)；

另一方面，傳感器節(jié)點(diǎn)部署很密集，在一個(gè)面積不是很大的空間內(nèi)， 密集部署了大量的傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模性具有如下優(yōu)點(diǎn)：通過不同空間視角獲 得的信息具有更大的信噪比；通過分布式處理大量的采集信息能夠提高監(jiān)測的準(zhǔn)確度，降低 對單個(gè)節(jié)點(diǎn)傳感器的準(zhǔn)確度要求；大量冗余節(jié)點(diǎn)的存在，使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性能；大 量節(jié)點(diǎn)能夠增大覆蓋的監(jiān)測區(qū)域，減少盲區(qū)。

(2)自組織網(wǎng)絡(luò)

在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通常情況下傳感器節(jié)點(diǎn)被放置在沒有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方。傳感器節(jié) 點(diǎn)的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點(diǎn)之間的相互鄰居關(guān)系預(yù)先也不知道，如通過飛機(jī)播撒大量 傳感器節(jié)點(diǎn)到面積廣闊的原始森林中，或隨意放置到人不可到達(dá)或危險(xiǎn)的區(qū)域。

這樣就要求 傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織的能力，能夠自動(dòng)進(jìn)行配置和管理，通過拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自 動(dòng)形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 在傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用過程中，部分傳感器節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡或環(huán)境因素造成失效，也有 一些節(jié)點(diǎn)為了彌補(bǔ)失效節(jié)點(diǎn)、增加監(jiān)測準(zhǔn)確度而補(bǔ)充到網(wǎng)絡(luò)中，這樣在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)就動(dòng)態(tài)地增加或減少，從而使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨之動(dòng)態(tài)地變化。傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織性 要能夠適應(yīng)這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。

(3)多跳路由

網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通信距離有限，一般在幾十到幾百米范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。網(wǎng)絡(luò) 的多跳路由使用網(wǎng)關(guān)和路由器來實(shí)現(xiàn)，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的，沒有專門的路由設(shè)備。這樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以是信息的發(fā)起者，也可以是信息的轉(zhuǎn) 發(fā)者。

(4)動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能因?yàn)橄铝幸蛩囟淖儯?/p>

①環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器 節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或失效；

②環(huán)境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化，甚至?xí)r斷時(shí)通；

③傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動(dòng)性；

④新節(jié)點(diǎn)的加入。 這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要能夠適應(yīng)這種變化，具有動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu)性。

(5)可靠的網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)

可靠的網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)特別適合部署在惡劣環(huán)境或人類不宜到達(dá)的區(qū)域，傳感器節(jié)點(diǎn)可能工作在露天環(huán)境中，遭受太陽的暴曬或風(fēng)吹雨淋，甚至遭到無關(guān)人員或動(dòng)物的破壞。傳感器節(jié)點(diǎn)往往 采用隨機(jī)部署，如通過飛機(jī)播撒或發(fā)射“炮彈”到指定區(qū)域進(jìn)行部署。

這些都要求傳感器節(jié)點(diǎn)非常堅(jiān)固，不易損壞，適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境條件。 由于監(jiān)測區(qū)域環(huán)境的限制以及傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目巨大，不可能人工“照顧”到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)十分困難甚至不可維護(hù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信保密性和安全性也十分重要，要防止監(jiān)測數(shù)據(jù)被盜取和獲取偽造的監(jiān)測信息。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟硬件必須具有魯 棒性和容錯(cuò)性。

(6)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò)，脫離傳感器網(wǎng)絡(luò)談?wù)搨鞲衅鞴?jié)點(diǎn)沒有任何意義。傳感器網(wǎng) 絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用節(jié)點(diǎn)編號標(biāo)志，節(jié)點(diǎn)編號是否需要全網(wǎng)唯一取決于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。由于傳感器令點(diǎn)隨機(jī)部署，構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)編號之間的關(guān)系是完全動(dòng)態(tài)的，表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)編號與節(jié)點(diǎn)位置沒有必然聯(lián)系。用戶使用傳感器網(wǎng)絡(luò)查詢事件時(shí)，直接將所關(guān)心的事件通 告給網(wǎng)絡(luò)，而不是通告給某個(gè)確定編號的節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)在獲得指定事件的信息后匯報(bào)給用戶。

這種以數(shù)據(jù)本身作為査詢或傳輸線索的思想更接近于自然語言交流的習(xí)慣。所以通常說傳感 器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。 例如，在應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，跟蹤目標(biāo)可能出現(xiàn)在任何地方，對目標(biāo)感興 趣的用戶只關(guān)心目標(biāo)出現(xiàn)的位置和時(shí)間，并不關(guān)心哪個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到目標(biāo)。事實(shí)上，在目標(biāo)移 動(dòng)的過程中，必然是由不同的節(jié)點(diǎn)來提供目標(biāo)的位置消息的。

(7)應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)用來感知客觀物理世界，獲取物理世界的信息量?？陀^世界的物理量多種多 樣，不可窮盡。不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)心不同的物理量，因此對傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)也有多 種多樣的要求。不同的應(yīng)用背景對傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求不同，其硬件平臺、軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議必然會有很大差別。所以傳感器網(wǎng)絡(luò)不能像因特網(wǎng)一樣，有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺。

對于不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用雖然存在一些共性問題，但在開發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，更關(guān)心傳感器網(wǎng) 絡(luò)的差異。只有讓系統(tǒng)更貼近應(yīng)用，才能做出最髙效的目標(biāo)系統(tǒng)。針對每一個(gè)具體應(yīng)用來研 究傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這是傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的顯著特征。