要做到目视千里，耳听八方是人类长久的梦想，现代卫星技术的出现虽然使人们离这目标又进了一步，但卫星高高在上，洞察全局在行，明察细微就不管用 了。这个时候，本文的主角—无线传感器网络就排上用场了。将大量的传感器节点遍撒指定区域，数据通过无线电波传回监控中心，监控区域内的所有信息就会尽收 观察者的眼中了。
军用转民用的典范
无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的，美国国防部高级研究所计划署（DARPA）于1978年开始资助卡耐基－梅隆大学进行分布式传感器网 络的研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。从那以后，类似的项目在全美高校间广泛展开，著名的有UC Berkeley的Smart Dust项目，UCLA的WINS项目，以及多所机构联合攻关的SensIT计划，等等。在这些项目取得进展的同时，其应用也从军用转向民用。在森林火 灾、洪水监测之类的环境应用中，在人体生理数据监测、药品管理之类的医疗应用中，在家庭环境的智能化应用以及商务应用中都已出现了它的身影。目下，无线传 感器网络的商业化应用也已逐步兴起。美国Crossbow公司就利用Smart Dust项目的成果开发出了名
为Mote的智能传感器节点，还有用于研究机构二次开发的MoteWorkTM开发平台。这些产品都很受使用者的欢迎。
组成和特点
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。
因为节点的数量巨大，而且还处在随时变化的环境中，这就使它有着不同于普通传感器网络的独特“个性”。首先是无中心和自组网特性。在无线传感器网络 中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，各节点通过分布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没 有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。
其次是网络拓扑的动态变化性。网络中的节点是处于不断变化的环境中，它的状态也在相应地发生变化，加之无线通信信道的不稳定性，网络拓扑因此也在不断地调整变化，而这种变化方式是无人能准确预测出来的。
第三是传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大，这个缺点还是能忍受的。
第四是能量的限制。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量（太阳能）。
第五是安全性的问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络的设计中至关重要。
下面，我们将会从几个方面来具体地介绍无线传感器网络。
● MAC层协议
信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解决的问题了。
无线传感器网络经常使用的有三种MAC协议：传感器协议（S-MAC），分布式能量意识协议（DE-MAC）和协调设备协议。S-MAC协议通过调 配节点的休眠方式来有效地分配信道；DE-MAC则采用周期性监听和休眠机制，避免空闲监听和串音，其目的是减少能耗和增加网络的生存周期；MD协议则能 为大规模、低占空比运行的节点提供了不需要高精度时钟的可靠通信。
总体来说，无线传感器网络的MAC协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低。
● 路由
在具备底层传输协议的保障后，信息怎样快速地从源传输到目的地就是由路由协议来解决了。简单来说，路由要实现两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息。数据传输的途径存于路由表，由路由算法初始化并负责维护。
无线传感器网络与普通的网络不同，它有自己的特点：比如能量受限，通信方式以数
据为中心，相邻节点的数据有着相似性，拓扑结构也在不断的变化等。与此对应，常规网络的路由并不一定能适应无线传感器网络。
● 能量管理
能耗是无线传感器网络所面临的最大问题，因为节点长期处于无人值守的状况下，有效的能耗策略必不可少。
目前最常使用的策略是休眠机制，即在节点空闲时，使其处于休眠状态，此时其能耗降到最低。但是休眠的节点在转回正常状态的时候，往往会消耗大量的能量，因此寻找合理的状态转换策略是确保休眠机制成功的关键。
数据融合是另一项节能技术。多个邻近节点经常会采集同样的信息，发送这些冗余信息就给系统增加了不必要的负担。因此，通过本地计算和筛选，确保发送出最有效的信息就是数据融合的任务。
其他能量管理策略还有冲突避免和纠错以及多跳短距离通信，这里不再一一叙述。
● 软件的支持
无线传感器网络也有一个属于自己的操作系统—TinyOS。这个系统不同于传统意义上的操作系统，它更像一个编程构架，在此构架下，搭配一组必要的组件，就能方便地编译出面向特定应用的操作系统。
TinyOS由众多组件组成，包括了主组件、应用组件、执行组件、传感组件、通信组件和硬件抽象组件。每一个组件在其内部都封装了命令处理程序和事件处理程序，它们通过接口声明所调用的命令和将要触发的事件。调度器则负责根据任务的轻重缓急来安排系统的工作。
Crossbow公司生产的MICA传感器平台上就使用了TinyOS系统。实践证明，其基本应用只占用很少的系统资源，能圆满的完成数据采集、处理和通信组网以及数据传输等任务。
商业化的应用
商业化的无线传感器产品中最常见的就是智能节点。前文也曾提到，UC Berkeley是无线传感器研究开展较早的美国高校。基于他们研发成果的无线传感器器件被称为Mote，这也是目前最为通用的一种无线传感器网络产品， 是由Crossbow公司生产的。最基本的Mote组件是MICA系列处理器/无线模块，完全符合IEEE 802.15.4标准。最新型的MICA2可以工作在868/916、433和315MHz三个频带，数据速率为40Kb/s，通信范围可达1000英 尺。其配备了128KB的编程用闪存和512KB的测量用闪存，4KB的EEPROM，串行通信接口为UART模式
从应用的情况来看，北美的状况最好，在楼宇自动化、环境监控等方面，无线传感器网络已经开始大展拳脚。但对于中国来说，市场还处于起步阶段，产品应 用最多的场合一般是科研机关和大学，多为研究之用。不过，根据相关公司的预测，离无线传感器网络市场起飞的时间也不会太远了。只要这个新技术被社会普遍接 受，市场就会以惊人的速度来扩张。
后记
本文介绍的都是一些常见的无线传感器网络的概念。实际上，要想论述这个新兴技术的全貌，不用一本专著的篇幅是不够的。这个融合了通信、网络、微电子等众多学科精华的新技术有着无限的潜能，要想真正开发它，恐怕就要依靠广大的应用开发人员充分发挥自己的想象力了。