一、无线传感器网络介绍

1、定义

无线传感器网络(WSN)是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的环境或观察者感兴趣的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去。

这是我的理解：WSN就是一些以无线形式通信的传感器组成的网络，可以采集、处理、发送信息

2、典型场景

WSN一般由传感器节点、Sink节点、外部网络构成。

Sink节点为汇聚节点，作为传感区域与外部网络通信的桥梁。

2、特征

(1)、无线自组网

WSN是一种无线自组网，而无线自组网有以下特点：

1. 自组织
   节点自己寻找邻居节点，通过多跳传输的方式搭建整个网络。如果有节点加入或退出，则需要重新组织网络。
2. 分布式
   网络的感知能力由若干冗余节点共同完成，每个节点具有相同的硬件资源和通信距离，网络的运行不受个别节点加入和退出的影响。
3. 节点平等
   除Sink节点以外，各传感器节点分布随机，以自己为中心，负责通信范围内的数据交换
4. 可靠性要求高
   由于采用无线信道，且需经过多跳路由，故可靠性不高。易受到干扰、窃听，保密性差。

(2)、独特特征

WSN除作为无线自组网外，还具有以下独特特征：

1. 结点资源有限
   如能量、通信能力、计算存储能力等
2. 网络规模大
   覆盖范围大且部署密集，单位面积存在大量结点
3. 时效性
   WSN需要在一定时间内将采集到的信息传递给观察者或数据中心

3、信息感知优势

1. 分布结点中多角度、多方位信息的综合提高了区域检测的准确度和全面性
2. WSN低成本高冗余的设计提高了容错能力，使其可以应用于恶劣环境
3. 多种传感器混合应用有利于提高探测的性能指标
4. 多结点联合，可以实现较大的覆盖面积

4、未来发展趋势

1. 结点进一步微型化
2. 寻求更好的系统节能策略
3. 进一步降低结点成本
4. 进一步提高网络安全性和抗干扰能力
5. 提高结点的自动配置能力
6. 完善高效的跨层网络协议栈
7. 网络的多应用和异构化
8. 进一步与其他网络融合

5、应用前景

1. 军事领域
2. 环境监测与保护
3. 工业监控与故障诊断
4. 智能农业
5. 智能家居
6. 医疗健康与监护
7. 智能交通系统
8. 智能仓储物流
9. 智慧城市

二、无线传感器网络体系结构

1、结点结构

(1)、主要组成模块

1. 数据采集模块
2. 数据处理和控制模块
3. 无线通信模块
4. 能量供应模块

(2)、可选功能模块

1. 定位模块
2. 移动模块
3. 电源自供电模块

2、软件结构

1. 操作系统
   最靠近硬件的是操作系统，WSN的操作系统一般采用事件驱动的组件设计模式。
2. 业务逻辑软件
   每一类WSN的软件结构都含有的面向特定应用的业务逻辑软件
3. 中间件软件
   用于支撑各种应用

3、网络拓扑结构

(1)、平面网络结构

WSN中最简单的网络拓扑结构，所有结点对等，具有完全一致的功能特性。

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(2)、分级网络结构

分为上层和下层两个部分：上层为中心骨干结点，下层为一般传感器节点。这种结构拓展性好，便于集中管理，可以降低系统建设成本，提高网络覆盖率和可靠性。

(3)、Mesh网络结构

新型的WSN网络结构，分布规则，通常只允许结点和其最近结点通信。

4、协议结构

WSN具有以下特殊性：

1. 结点数量多，要求传感器网络可拓展性高
2. WSN最大特点是能量受限，故需要考虑节能
3. 结点受损概率大，必须保证自组织网络的健壮性
4. 结点高密度部署，网络拓扑结构变化快

1、通信协议层

1. 物理层
   提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术，负责载波频率的产生，信号的调制解调等
2. 数据链路层
   由媒体访问控制和差错控制功能组成。媒体访问控制主要负责网络结构的建立和为传感器节点有效、合理的分配资源；差错控制保证源节点发送的信息能够完整、无误地到达目标节点。
3. 网络层
   负责路由的发现与维护
4. 传输层
   负责将WSN的数据提供给外部网络
5. 应用层
   由一系列应用软件构成，主要负责监控任务

2、网络管理面

1. 能量管理平台
   管理如何使用资源，各协议层都需要考虑节省能量
2. 移动管理平台
   检测传感器节点的移动，维护到Sink节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居位置
3. 任务管理平台
   在给定区域内平衡和调度检测任务