WSN是無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSN)一種新興的網絡,最早的研究來源于美國軍方。無線傳感器網絡由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成,通過無線通信方式形成一個多跳自組織的網絡系統,節點之間可以相互傳遞信息,并協作完成監測任務。最早的傳感器網絡出現在20世紀70年代,將傳統傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡,我們稱之為第一代傳感器網絡。隨著傳感器技術和計算機技術的發展,傳感器網絡具有了獲取多種信號的綜合處理能力,并通過與傳感控制器的相連,組成具有信息處理能力的傳感器網絡,這是第二代傳感器網絡。而從20世紀末開始,現場總線技術開始應用于傳感器網絡,人們用其組建智能化傳感器網絡,大量多功能傳感器得以運用,并使用無線技術連接,無線傳感器網絡逐漸形成。
最早的代表性論述出現在1999年,題為“傳感器走向無線時代”,著名雜志《Business Weekly》將無線傳感器網絡列為21世紀最具影響的21項技術之一。隨后在美國召開的移動計算和網絡國際會議上,提出了無線傳感器網絡將是21世紀面臨的發展機遇。2003年,美國MIT《技術評論》雜志論述未來新興十大技術時,無線傳感器網絡被列為第一項未來新興技術。美國《今日防務》雜志更是認為無線傳感器網絡的應用和發展,將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰爭的變革。2004年雜志《IEEE Spectrum》發表一期專集《傳感器的國度》,論述了無線傳感器網絡的發展和可能的廣泛應用。可以預計,無線傳感器網絡的發展和廣泛應用,將對人們的社會生活和產業變革帶來極大的影響并產生巨大的推動。
提到無線傳感器網絡,不可避免地需要將其與另一種Ad hoc無線自組網技術進行對比。無線傳感器網絡雖然與Ad hoc網絡有許多相似之處,如不需要有線基礎設施支持、通信方式都支持多跳,但兩者之間存在明顯的區別。典型的Ad hoc網絡支持任意節點間的路由,而傳感器網絡有更專用的路由協議。在節點資源受限的層面商,無線傳感器網絡的節點更受限制且其能量限制的情況最嚴重,在成功部署后,許多傳感器網絡被涉及成無人值守,電池不可更換。在傳感器網絡中經常呈現的節點間的信任關系超出了在Ad hoc網絡中發現的類似關系,無線傳感器網絡中的鄰居節點常常感測到同樣的或相關環境的事件,因此路由協議必須考慮能量和帶寬問題一消除冗余的信息,這常常需要節點間的信任關系,但Ad hoc網絡中沒有這些假設。
在無線傳感器網絡中,節點相互協作,感知、采集和處理網絡覆蓋區域內的各種環境或監測對象的信息,并發送給觀察者,傳感器、感知對象和觀察者構成了傳感器網絡的三個要素。從體系結構商來講,無線傳感器網絡一般由普通傳感器節點、Sink節點或基站(Base Station,BS)、互聯網或通信衛星、用戶管理節點構成。在無線傳感器網絡中,節點以自組織形式構成網絡,實時進行數據采集,對感知采集到的數據信息進行融合處理,通過多跳中繼方式將監測數據傳送到Sink節點,最終借助互聯網或衛星將區域內的數據傳送到遠程中心的管理節點進行集中處理。Sink節點也可以用同樣的方式將信息發送各節點。用戶可通過管理節點對傳感器網絡進行配置和管理。
傳感器節點任意散步在指定的監測區域中,散步節點的過程一般是通過飛行器撒播、機器人或人工布置和炮彈彈射等方式完成的。其中,傳感器網絡節點的組成在不同應用中不盡相同,但一般由數據采集模塊、處理模塊、無線通信模塊、定位系統、移動管理器和能量供應模塊等組成。每個節點都是一個微型的嵌入式系統,同時具有網絡節點的終端和路由器雙重功能,除了進行本地信息收集和數據處理,還要對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合等處理。