隨著社會和現代技術發展，物聯網超然而至，得到了很多國家和人民的關注。物聯網是基于現有的互聯網發展起來的，它除了融合網絡、RFID技術、信息技術之外，還引入了無線傳感器技術，使得M2M型物聯網有了更深的發展，而且無線傳感器技術結合了嵌入式系統技術、傳感器技術、現代網絡以及無線通信技術，所以它本身也是一個熱點的研究領域。今天我們就來了解下無線傳感器網絡。

無線傳感器網絡（WSN）是一種分布式傳感網絡，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網絡設置靈活，設備位置可以隨時更改，還可以跟互聯網進行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多跳自組織的網絡。

無線傳感器網絡結構

無線傳感器網絡系統通常包括傳感器節點（Sensor node）、匯聚節點（Sink node）和管理節點。

大量傳感器節點隨機部署在監測區域內部或附近，能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節點檢測的數據沿著其他傳感器節點逐條地進行傳輸，在傳輸過程中檢測數據可能被多個節點處理，經過多跳后路由到匯聚節點，最后通過互聯網或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對傳感器網絡進行配置和管理，發布監測數據。

傳感器網絡

處理能力、存儲能力和通信能力較弱，通過小容量電池供電。從網絡功能上看，每個傳感器節點除了進行本地信息收集和數據處理外，還要對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合，并與其他節點協作完成一些特定任務。

匯聚節點

匯聚節點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，它是連接傳感器網絡與Internet外部網絡的網關，實現兩種協議間的轉換，同時向傳感器節點發布來自管理節點的監測任務，并把WSN收集到的數據轉發到外部網絡上。

管理節點

管理節點用于動態地管理整個無線傳感器網絡。傳感器網絡的所有者通過管理節點訪問無線傳感器網絡的資源。

無線傳感器網絡主要特點

大規模

為了獲取精確信息，在監測區域通常部署大量傳感器節點，可能達到成千上萬，甚至更多。傳感器網絡的大規模性包括兩方面的含義：一方面是傳感器節點分布在很大的地理區域內，如在原始大森林采用傳感器網絡進行森林防火和環境監測，需要部署大量的傳感器節點；另一方面，傳感器節點部署很密集，在面積較小的空間內，密集部署了大量的傳感器節點。

傳感器網絡的大規模性具有如下優點：通過不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比；通過分布式處理大量的采集信息能夠提高監測的精確度，降低對單個節點傳感器的精度要求；大量冗余節點的存在，使得系統具有很強的容錯性能；大量節點能夠增大覆蓋的監測區域，減少洞穴或者盲區。

自組織

在傳感器網絡應用中，通常情況下傳感器節點被放置在沒有基礎結構的地方，傳感器節點的位置不能預先精確設定，節點之間的相互鄰居關系預先也不知道，如通過飛機播撒大量傳感器節點到面積廣闊的原始森林中，或隨意放置到人不可到達或危險的區域。這樣就要求傳感器節點具有自組織的能力，能夠自動進行配置和管理，通過拓撲控制機制和網絡協議自動形成轉發監測數據的多跳無線網絡系統。

在傳感器網絡使用過程中，部分傳感器節點由于能量耗盡或環境因素造成失效，也有一些節點為了彌補失效節點、增加監測精度而補充到網絡中，這樣在傳感器網絡中的節點個數就動態地增加或減少，從而使網絡的拓撲結構隨之動態地變化。傳感器網絡的自組織性要能夠適應這種網絡拓撲結構的動態變化。

動態性

傳感器網絡的拓撲結構可能因為下列因素而改變：

①環境因素或電能耗盡造成的傳感器節點故障或失效；

②環境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化，甚至時斷時通；

③傳感器網絡的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性；

④新節點的加入。這就要求傳感器網絡系統要能夠適應這種變化，具有動態的系統可重構性。

可靠性

WSN特別適合部署在惡劣環境或人類不宜到達的區域，節點可能工作在露天環境中，遭受日曬、風吹、雨淋，甚至遭到人或動物的破壞。傳感器節點往往采用隨機部署，如通過飛機撒播或發射炮彈到指定區域進行部署。這些都要求傳感器節點非常堅固，不易損壞，適應各種惡劣環境條件。

由于監測區域環境的限制以及傳感器節點數目巨大，不可能人工“照顧”每個傳感器節點，網絡的維護十分困難甚至不可維護。傳感器網絡的通信保密性和安全性也十分重要，要防止監測數據被盜取和獲取偽造的監測信息。因此，傳感器網絡的軟硬件必須具有魯棒性和容錯性。

以數據為中心

互聯網是先有計算機終端系統，然后再互聯成為網絡，終端系統可以脫離網絡獨立存在。在互聯網中，網絡設備用網絡中惟一的IP地址標識，資源定位和信息傳輸依賴于終端、路由器、服務器等網絡設備的IP地址。如果想訪問互聯網中的資源，首先要知道存放資源的服務器IP地址。可以說現有的互聯網是一個以地址為中心的網絡。

傳感器網絡是任務型的網絡，脫離傳感器網絡談論傳感器節點沒有任何意義。傳感器網絡中的節點采用節點編號標識，節點編號是否需要全網惟一取決于網絡通信協議的設計。由于傳感器節點隨機部署，構成的傳感器網絡與節點編號之間的關系是完全動態的，表現為節點編號與節點位置沒有必然聯系。用戶使用傳感器網絡查詢事件時，直接將所關心的事件通告給網絡，而不是通告給某個確定編號的節點。網絡在獲得指定事件的信息后匯報給用戶。這種以數據本身作為查詢或傳輸線索的思想更接近于自然語言交流的習慣。所以通常說傳感器網絡是一個以數據為中心的網絡。

例如，在應用于目標跟蹤的傳感器網絡中，跟蹤目標可能出現在任何地方，對目標感興趣的用戶只關心目標出現的位置和時間，并不關心哪個節點監測到目標。事實上，在目標移動的過程中，必然是由不同的節點提供目標的位置消息。

無線傳感器網絡安全問題

安全路由

通常，在無線傳感器網絡中，大量的傳感器節點密集分布在一個區域內，消息可能需要經過若干節點才能到達目的地，而且傳感器網絡具有動態性和多跳結構，要求每個節點都應具備路由功能。由于每個節點都是潛在的路由節點，因此更易受到攻擊，使網絡不安全。網絡層路由協議認為整個無線傳感器網絡提供了關鍵的路由服務，安全的路由算法會直接影響無線傳感器的安全性和可用性。安全路由協議一般采用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認真、雙向連接認證和認證廣播等機制，有效提高網絡抵御外部攻擊的能力，增強路由的安全性。

安全協議

在安全保障方面主要有密匙管理和安全組播兩種方式。

密匙管理：無線傳感器網絡有諸多限制，例如節點能力限制，使其只能使用對稱密匙和技術；電源能力限制，應使其在無線傳感器網絡中盡量減少通信，因為通信的耗電將大于計算的耗電；傳感器網絡還應考慮匯聚等減少數據冗余的問題。在部署節點錢，將密匙先配置在節點中，通常，預配置的密匙方案通過預存的秘密信息計算會話密匙，由于節點存儲和能量的限制，預配置密匙管理方案必須節省存儲空間和減少通信開銷。

安全傳播：無線傳感器網絡可能設置在敵對環境中，為了防止供給者向網絡注入偽造信息，需要在無線傳感器網絡中實現基于源端認證的安全組播。