無線傳感器網絡的構想 初是由美國軍方提出的，美國國防部高級研究所計劃署(DARPA)于1978年開始資助卡耐基-梅隆大學進行分布式傳感器網 絡的研究，這被看成是無線傳感器網絡的雛形。從那以后，類似的項目在全美高校間廣泛展開，著名的有UC Berkeley的Smart DuST項目，UCLA的WINS項目，以及多所機構聯合攻關的SensIT計劃，等等。在這些項目取得進展的同時，其應用也從軍用轉向民用。在森林火 災、洪水監測之類的環境應用中，在人體生理數據監測、藥品管理之類的醫療應用中，在家庭環境的智能化應用以及商務應用中都已出現了它的身影。目下，無線傳 感器網絡的商業化應用也已逐步興起。美國Crossbow公司就利用SMArt Dust項目的成果開發出了名 為Mote的智能傳感器節點，還有用于研究機構二次開發的MoteWorkTM開發平臺。這些產品都很受使用者的歡迎。

    組成和特點

    無線傳感器網絡可以看成是由數據獲取網絡、數據分布網絡和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的節點，各節點通過協議自組成一個分布式網絡，再將采集來的數據通過優化后經無線電波傳輸給信息處理中心。

    因為節點的數量巨大，而且還處在隨時變化的環境中，這就使它有著不同于普通傳感器網絡的獨特“個性”。首先是無中心和自組網特性。在無線傳感器網絡 中，所有節點的地位都是平等的，沒有預先指定的中心，各節點通過分布式算法來相互協調，在無人值守的情況下，節點就能自動組織起一個測量網絡。而正因為沒 有中心，網絡便不會因為單個節點的脫離而受到損害。

    其次是網絡拓撲的動態變化性。網絡中的節點是處于不斷變化的環境中，它的狀態也在相應地發生變化，加之無線通信信道的不穩定性，網絡拓撲因此也在不斷地調整變化，而這種變化方式是無人能準確預測出來的。

    第三是傳輸能力的有限性。無線傳感器網絡通過無線電波進行數據傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對于有線網絡，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時，信號之間還存在相互干擾，信號自身也在不斷地衰減，諸如此類。不過因為單個節點傳輸的數據量并不算大，這個缺點還是能忍受的。

    第四是能量的限制。為了測量真實世界的具體值，各個節點會密集地分布于待測區域內，人工補充能量的方法已經不再適用。每個節點都要儲備可供長期使用的能量，或者自己從外汲取能量(太陽能)。

    第五是安全性的問題。無線信道、有限的能量，分布式控制都使得無線傳感器網絡更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網絡的設計中至關重要。

    下面，我們將會從幾個方面來具體地介紹無線傳感器網絡。

    ● 物理層技術

    無線傳感器網絡是一個開放系統互聯，按照國際標準化組織(ISO)的規定，為數據流傳輸所需的物理連接的建立、維護和釋放提供的機械的、電氣的、功 能和規程性的模塊就叫做物理層。從這個定義可以看出，物理層需要承擔為數據終端提供數據傳輸通路、傳輸數據和完成管理工作的職責。具體到無線傳感器網絡就 是介質的選擇、頻段的選擇、調制技術以及擴頻技術。因為是無線網絡，傳輸介質自然要選電磁波了。不過，源信號要依靠電磁波傳輸必需要通過調制技術變成高頻 信號，當抵達接受端時，又通過解調技術還原成原始信號。目前采用的調制方法分為模擬調制和數字調制兩種。它們的區別就在于調制信號所用的基帶信號的模式不 同而已(一為數字，一為模擬)。

    信號僅經過調制是不行的，還需要進行擴頻。擴頻，顧名思義，就是將待傳輸數據進行頻譜擴展的技術。它的好處是：增強了抗干擾能力，可進行多地址通信，保密性提高。常見的擴頻技術包括直接序列擴頻、跳頻、跳時以及線性調頻。

    在物理層面上，無線傳感器網絡遵從的主要是IEEE 802.15.4標準。依照此標準，物理層主要進行如下工作：激活和去活無線收發器，檢測當前信道的能量，發送指示，信道頻率的選擇，數據發送與接收。

    IEEE 802.15.4標準規劃了幾個工作頻段。其中，2.4GHz頻段的物理層可提供250Kb/s的數據傳輸率，適用于高吞吐量、低延時或低作業周期的場 合;工作在869/915MHz頻段的物理層則能提供20Kb/s的數據傳輸率，適用于低速率、高靈敏度和大覆蓋面積的場合。

    依據IEEE 802.15.4標準的協議被稱為Zigbe e，其傳輸帶寬雖然沒有Wi-Fi和Blue Tooth大，但是能耗較低，非常適合無線傳感器網絡。

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