無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network ，WSN）是一種新型的信息獲取以及處理網絡技術，它集傳感器技術、通信技術、計算機技術以及網絡技術于一體，具有自動組網、動態智能和協同感知等功能。

如圖1所示，無線傳感器網絡的工作原理是利用各種類型的敏感元件構成的傳感器，分布于需要覆蓋的領域內，組成傳感器節點，用于收集數據，并且將數據路由送至信息收集節點“Sink”，信息收集節點與信息處理節點通過廣域網（如Internet網絡或衛星網絡）將數據送至地面監控中心進行統計分析和處理，并對監測結果進行綜合評估。

圖1 無線傳感器網絡工作原理圖
無線傳感器網絡的特點 ：

低速率 : 傳感器網絡節點，通常只需定期傳輸溫度、濕度、壓力、流量、電量等被測參數，相對而言，被測參數的數據量小，采集數據頻率較低。
低功耗 : 通常，傳感器節點利用電池供電，且分布區域復雜、廣闊，很難通過更換電池方式來補充能量，因此，要求傳感器網絡節點的功耗要低，傳感器的體積要小。
低成本 : 應用WSN時，監測區域廣、傳感器的節點多，且有些區域環境的地形復雜，甚至連工作人員都無法進入，一旦安裝傳感器則很難更換，因而要求傳感器的成本低廉。
短距離 : 為了組網和傳遞數據方便，兩個傳感器的節點之間的距離通常要求在幾十米到幾百米之間。
高可靠 : WSN的信息獲取是靠分布在監測區域內的各個傳感器檢測到的，如傳感器本身不可靠，則其信息的傳輸和處理是沒有任何意義的。
大容量 : 要求網絡能容納上千、上萬個節點。
動態性 : 對于復雜環境的組網，其覆蓋區域往往會遇到各種電、磁環境的干擾，加之供電能量的不斷損耗，易引起傳感器節點故障， 因此要求傳感器網絡具有自組網、智能化和協同感知等功能。

無線傳感器網絡有著十分廣泛的應用和發展前景。它不僅在工業、農業、醫療、環境、航空、航天和軍事等領域有著巨大的應用價值，在未來的許多新興領域也蘊藏著巨大商機，如在家庭、防災、保健、環保、反恐等領域也體現出許多的優越性而大顯身手。另外，它還可以到達一些人類無法到達或無法工作的環境。

目前，業界普遍認為無線傳感器網絡是人類面臨的一次發展機遇。它將改變人們的生活，甚至將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來的戰爭變格。美國商業周刊MIT技術評論，在預測未來的技術發展報告中，分別將無線傳感器網絡列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的四大技術之一。無線網絡傳感器、塑料電子學和仿生人體器官被認為是全球未來的三大高科技產業。我國對無線傳感器網絡的發展也十分重視，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》在重大專項、優先發展主題以及前沿領域均將傳感器網絡列入，其中，重大專項“新一代寬帶移動無線通信網”被列為其中的重要方向之一。

無線傳感器網絡協議機制

物理層研究

物理層研究主要集中在傳輸介質的選擇。目前傳輸介質主要有無線電、紅外線和光波三種；傳輸頻段選擇為通用頻段ISM，4.33MHz，915MHz和2.44GHz；調制方式為二元調制和多元調制。

數據鏈路層研究

數據鏈路層研究主要集中在MAC（Media Access Control）媒體訪問控制協議，該協議是保證WSN高效通信的關鍵協議之一，傳感器網絡的性能如吞吐量、延遲性完全取決于網絡的MAC協議，與傳統的MAC協議不同，WSN的協議首先考慮能量節省問題，通常可分為下面幾類：

隨機競爭類MAC

● S-MAC協議，周期性偵聽/睡眠方式，目的是節能；
● T-MAC協議，減少空間偵聽時間；
● Sift協議，N個傳感器節點，同時檢測到同一事件時，希望R個節點（R=N）能夠在最小時間內，無沖突地成功發出事件監測信息，抑制剩余（N-R）個節點的消息發送。

時分復用（TDMA）類MAC協議

● DMAC協議，采用不同深度節點之問的活動/睡眠的交錯調度機制；
● DEANA協議，把一個數據傳輸周期分為調度訪問階段和隨機回訪階段；
● TRAMA協議，將時間劃分為連續的時槽，根據兩跳內鄰后節點信息，采用分布式選舉機制，確定每個時槽的無沖突發送者。

混合型MAC協議

● SMACS/EAR協議，為每對鄰居節點分配一個特有頻率進行數據傳輸；
● CSMA/CA和CDMA相結合，鏈路偵聽采用CSMA/CD機制，數據收發采用CDMA機制，不需要嚴格時間同步，但需要節點提供鏈路偵聽和數據收發兩個硬件模塊。

網絡層路由協議研究。

網絡層負責路由的發現和維護，遵照路由協議將數據分組，從源節點通過網絡轉發到目的節點，即尋找源節點和目的節點之間的優化路徑，然后將數據分組沿著優化路徑正確轉發。

網絡層路由協議的研究主要有：

基于聚簇的路由協議。首先根據某種規則把WSN的節點劃分為多個子集，如壓力子集、溫度子集、濕度子集等，每個子集成為一個簇，有一個簇頭。每個簇的簇頭負責全局的路由，其它節點通過簇頭接收或發送數據。基于聚簇的路由協議有：

● LEACH協議，隨機循環地為每一個簇選擇簇頭節點“Sink”；
● PEGASIS協議，所有傳感器節點被視為一個簇，所有傳感器節點把數據傳送到簇頭“Sink”；
● TEEN協議，通過抑制不必要的通信來實現節省能量。

基于地理位置的路由協議。該類協議假定每個節點都知道自己的地理位置及目標節點的地理位置。該類協議有“距離貪心路由協議”、“角度貪心路由協議”和GEM路由協議，即用虛擬極坐標系表示WSN的拓樸結構，構造一個“Sink”為根的環樹，每個節點由其到樹根的跳步數以及與根的角度來表示，數據路由通過該有環樹進行。

基于數據為中心的路由協議。該類協議主要有Rumor-routing協議（克服定向協議開銷大的問題），支持移動Sink以數據為中心的TTDD路由協議。

基于能量感知路由協議。GEAR協議，根據地理位置信息，建立“Sink”到監測區域的優化路徑，支持“Sink”向監測區的所有節點發送查詢命令，避免洪泛的傳播方式并減少路由建立的開銷。

傳輸層協議

傳輸層主要負責將WSN的數據提供給外部網絡，由于WSN的能量受限，節點命名機制以數據為中心特征會使得傳輸控制很困難。在實際應用時，通常會采用特殊節點作為網關。然而引入特殊的節點可能會影響到傳感器節點的隨機部署特性，給MAC協議和路由協議的設計帶來新的難題。網關通過通信衛星、移動通信網絡、internal網或其它通信介質與外部網絡通信。