无线传感器网络是由布置在监测区域内部或邻近的许多廉价的、具有通讯、感测及核算才能的微型传感器节点经过自组织构成的“智能”测控网络[1][2]。无线传感器网络在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探究等范畴有着宽广的使用远景和巨大的使用价值，被认为是未来改动国际的十大技能之一、全球未来四大高技能产业之一。
现在，国内外许多研讨机构都已展开了无线传感器网络技能及其使用的相关研讨。本文首要针对无线传感器网络技能在不同范畴的使用状况及未来开展趋势和约束要素进行介绍。
无线传感器网络概述
传感器节点能够完结环境监测、方针发现、方位辨认或操控其他设备的功用；此外还具有路由、转发、交融、存储其他节点信息等功用。
网关担任衔接无线传感器网络和外部网络的通讯，完结两种网络通讯协议之间的转化，发送操控指令到传感器网络内部节点，以及传送节点的信息到服务器。
服务器用于接纳监测区域的数据，用户可长途拜访服务器，然后取得监测区域内监测方针的状况以及节点和设备的作业状况。
无线传感器网络一般具有如下首要特色：
(1)自组织。传感器网络体系的节点具有主动组网的功用，节点间能够彼此通讯和谐作业。
(2)多跳路由。节点受通讯间隔、功率操控或节能的约束，当节点无法与网关直接通讯时，需求由其他节点转发完结数据的传输，因而网络数据传输路由是多跳的。
(3)动态网络拓扑。在某些特别的使用中，无线传感器网络是移动的，传感器节点可能会因能量消耗完或其他毛病而停止作业，这些要素都会使网络拓扑发生改变。
(4)节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。
无线传感器网络使用现状
传感器网络的使用与详细的使用环境密切相关，因而针对不同的使用范畴，存在功能不同的无线传感器网络体系[3]。
军事范畴使用
在军事使用范畴，使用无线传感器网络能够完结监测敌军区域内的军力和配备、实时监督战场状况、定位方针物、监测核进犯或许生物化学进犯等。
美国军方研讨的用于军事侦办的NSOF（Networked Sensors for the Objective Force)体系[4]是美国军方现在研讨的未来战役体系的一部分，能够搜集侦办区域的情报信息并将此信息及时地传送给战术互联网。体系由大约100个静态传感器和用于接入战术互联网的指挥操控节点C2（command and control）构成，体系架构如图2所示。
2005年，美国军方选用Crossbow公司节点构建了枪声定位体系[5]，节点布置于方针建筑物周围，体系能够有用地自组织构成监测网络，监测突发事件(如枪声、爆破等)的发生，为救助、反恐供给了有力的协助。
美国科学使用国际公司选用无线传感器网络构建了一个电子防护体系[5]，为美国军方供给军事防护和情报信息。体系选用多个微型磁力计传感器节点来勘探监测区域中是否有人带着枪支、是否有车辆行进，一起，体系使用声响传感器节点监测车辆或许人群的移动方向。
环境监测使用
无线传感器网络使用于环境监测，能够完结传统体系无法完结的使命。环境监测使用范畴包含：植物成长环境、动物的活动环境、生化监测、精准农业监测、森林火灾监测、洪水监测等。
加州大学伯克利分校使用传感器网络监控大鸭岛（Great Duck Island）的生态环境[6]，在岛上布置30个传感器节点，传感器节点选用Berkeley大学的Mica mote[7]节点，包含监测环境所需的温度、光强、湿度、大气压力等多种传感器。体系选用分簇的网络结构，传感器节点收集的环境参数传输到簇首（网关），然后经过传输网络、基站、Internet网络传输数据到数据库中。用户或办理员能够经过Internet长途拜访监测区域。
加州大学在南加利福尼亚San Jacinto山建立了可扩展的无线传感器网络体系[8]，首要监测部分环境条件下小气候和植物乃至动物的生态形式。监测区域(25公顷)分为100多个小区域，每个小区域包含各种类型的传感器节点，该区域的网关担任传输数据到基站，体系由多个网关，经由传输网络到Internet互联网。
加州大学伯克利分校使用布置于一颗高70m的红杉树上的无线传感器体系来监测其生存环境[9]，节点距离2m，监测周围空气温度、湿度、太阳光强（光合作用）等改变。
文献[10]使用无线传感器网络体系监测草场中牛的活动，意图是避免两端牛彼此争斗。体系中节点是动态的，因而要求体系选用无线通讯形式和高数据速率。
在印度西部多山区域监测泥石流布置的无线传感器网络体系[11]，意图是在灾祸发生前猜测泥石流的发生，选用大规划、低本钱的节点构成网络，每隔预订的时刻发送一次山体状况的最新数据。Intel公司使用Crossbow公司的Mote系列节点在美国俄勒冈州的一个葡萄园中布置了监测其环境细小改变的无线传感器网络[12]。
建筑结构监测
无线传感器网络用于监测建筑物的健康状况，不只本钱低价，并且能处理传统监测布线杂乱、线路老化、易受损坏等问题。
斯坦福大学提出了依据无线传感器网络的建筑物监测体系[13]，选用依据分簇结构的两层网络体系。传感器节点由EVK915模块和ADXL210加速度传感器构成，簇首节点由Proxim RangelLAN2无线调制器和EVK915衔接而成。
南加州大学的一种监测建筑物的无线传感器网络体系NETSHM[14]，该体系除了监测建筑物的健康状况外，并且能够定位出建筑物受损害的方位。体系布置于Los Angeles的The Four Seasons大楼内。体系选用分簇结构，选用Mica-Z系列节点。
医疗卫生使用
加利福尼亚大学提出了依据无线传感器网络的人体健康监测渠道CustMed[15]，选用可佩带的传感器节点，传感器类型包含压力、皮肤反响、弹性、压电薄膜传感器、温度传感器等。节点选用加州大学伯克利分校研制、Crossbow公司出产的dot-mote节点，经过放在口袋里的PC机能够便利直观地检查人体当时的状况。
纽约Stony Brook大学针对当时社会老龄化的问题提出了监测老年人生理状况的无线传感器网络体系（Health Tracker 2000），除了监测用户的生理信息外，还能够在生命发生风险的状况下及时通报其身体状况和方位信息。节点选用Crossbow公司的MICA2和MICA2DOT系列节点，选用温度、脉息、呼吸、血氧水相等类型传感器。
智能交通使用
图3所示为上海市要点科技研制方案中的智能交通监测体系[17]，选用声响、图画、视频、温度、湿度等传感器，节点布置于十字路口周围，布置于车辆上的节点还包含GPS全球定位设备。要点强调了体系的安全性问题，包含耗能、网络动态安全、网络规划、数据办理交融、数据传输形式等。
1995年，美国交通部提出了到2025年全面投入使用的“国家智能交通体系项目规划”。该方案使用大规划无线传感器网络，合作GPS定位体系等资源，除了使一切车辆都能坚持在高效低耗的最佳运转状况、主动坚持车距外，还能引荐最佳行使道路，对潜在的毛病能够宣布正告。
中国科学院沈阳主动化所提出了依据无线传感器网络的高速公路交通监控体系，节点选用图画传感器，在能见度低、路面结冰等状况下，能够完结对高速路段的有用监控。
除了上述说到的使用范畴外，无线传感器网络还能够使用于工业出产、智能家居、库房物流办理、空间海洋探究等范畴。
无线传感器网络使用的约束要素
无线传感器网络技能的实践使用过程中，首要存在着以下约束要素：
(1)本钱：传感器网络节点的本钱是约束其大规划广泛使用的重要要素，需依据详细使用的要求均衡本钱、数据精度及能量供给时刻。
(2)能耗：大部分的使用范畴需求网络选用一次性独立供电体系，因而要求网络作业能耗低，延伸网络的生命周期，这是扩展使用的重要要素。
(3)微型化：在某些范畴中，要求节点的体积微型化，对方针自身不发生任何影响，或许不被发现以完结特别的使命。
(4)定位功能：方针定位的精确度和硬件资源、网络规划、周围环境、锚点个数等要素有关，方针定位技能是现在研讨的热门之一。
(5)移动性：在某些特定使用中，节点或网关需求移动，导致在网络快速自组上存在困难，该要素也是影响其使用的首要问题之一。
(6)硬件安全：在某些特别环境使用中，例如海洋、化学污染区、水流中、动物身上等，对节点的硬件要求很高，需避免受外界的损坏、腐蚀等。
影响无线传感器网络实践使用的要素许多，并且也与使用场景有关，需求在未来的研讨中战胜这些要素，使网络能够使用到更多的范畴。
现在研讨的热门问题
通讯协议
(1)物理层通讯协议：研讨传感器网络的传输媒体、频段挑选、调制方法等。
(2)数据链路层协议：研讨网络拓扑、信道接入方法，拓扑包含平面结构、分层结构、混合结构以及Mesh结构，信道接入包含固定分配、随机竞赛方法或以上两者的混合方法。
(3)网络层协议：即路由协议的研讨，路由协议分为平面和集群两种，平面协议节点方位相等，简略易扩展，但缺少办理；集群路由即分簇为簇首和簇成员，便于办理和保护，研讨的热门是集成两种路由方法的长处。
(4)传输层协议：研讨供给网络牢靠的数据传输和过错康复机制。
网络办理
(1)能量办理：研讨在不影响网络功能的基础上，操控节点的能耗、均衡网络的能量消耗以及动态调制射频功率和电压。
(2)安全办理：研讨无线传感器网络的安全问题，包含节点认证、处理搅扰信息、进犯信息等。
使用层支撑技能
(1)时刻同步：针对网络时刻同步要求较高状况的使用，例如依据TDMA的MAC协议和特别灵敏时刻监测使用，要求网络时刻同步。
(2)定位技能：针对节点定位要求较高状况的使用，依据少量已知节点的方位，研讨以最少的硬件资源、最低的本钱和能耗定位节点方位的技能。
硬件资源
(1)微型化：依据特定使用的要求，研讨微型化的节点。
(2)低本钱：在不影响节点功能状况下，研讨下降节点硬件的本钱。
(3)新式电源：研讨太阳能电源及其他大容量可再生电源，处理约束传感器网络开展使用的能耗问题。
本文首要就无线传感器网络的广泛使用进行了讨论，介绍了其在各个范畴使用的典型实例，总结了当时约束无线传感器网络实践使用的要素及现在的研讨热门。无线传感器网络终究将成为联络信息国际和客观物理国际的接口，然后人类能够经过传感器网络获悉客观物理国际的信息并做出相应的办法。
无线传感器网络体系结构如图1所示，体系一般包含传感器节点、网关和服务器。
