1.1.4　无线通信技术概述

物联网技术广泛应用了无线通信技术，即无线传感器网络技术。无线传感器网络最初是由美国国防部高级研究计划署于1978年提出的，其雏形是卡内基梅隆大学研究的分布式传感器网络。在以后的三十年间，随着微电机系统、嵌入式系统、处理器、无线电技术以及存储技术的巨大进步，无线传感器网络也获得了长足的发展。当前，无线传感器网络项目在全世界广泛展开，其范围涵盖军用和民用的许多领域。

无线传感器网络主要应用于森林火灾、洪水监测、环境保护、自然栖息地监测等。在这些应用中，传感器节点往往布置在荒芜或不适宜人类进入的环境中，如遥远荒芜的区域、有毒的地区、大型工业建筑或航空器内部，负责收集有关温度、地震波、声音、光线、磁场强度或其他类型的数据。人体检查、药品管理、医疗护理、智能看护、交互式玩具、交互式博物馆等也是无线传感器网络的重要应用领域。另外，无线传感器网络还可能在交通运输、工业品制造以及安全和保密方面有潜在的巨大的应用价值。

无线传感器网络一般包括汇聚节点、管理节点和传感器节点。无线传感器网络中的传感器节点按一定规律或随机部署在被监控的区域内或被监控的区域附近，被部署的传感器节点可以通过网络协议以自组织方式来构建起无线传感器网络。这样，当网络中某一个传感器节点监测到需上报数据时，所采集数据会沿着其他传感器节点构成的无线传输路径以自组织多跳的方式传输。因此，数据在无线传感器网络内部的传输过程中，可能会由许多个节点对所得到的监测数据进行分析处理，最后汇聚到汇聚节点，并通过卫星或互联网传送到管理节点。

在无线传感器网络应用中，有时无线传感器网络节点需要小型化，即需要微型节点。一个无线传感器网络中的微型嵌入式传感器节点，主要由传感器、处理器、无线通信和能量供应四个模块组成。传感器的能量是由能量有限的电池提供的，因此传感器节点的存储、处理、通信等能力就会较弱。在一个无线传感器网络的节点中，传感器模块的作用是对被监测区域内的信息（模拟量或开关量等）进行采集和转换；能量供应模块的作用就是为传感器节点运行提供所需的能量，为了减小传感器节点的体积，能量供应模块一般采用纽扣电池；无线通信模块用来实现无线传感器网络中的数据传输以及通信协议；处理器模块处于核心地位，其主要作用是对传感器、无线通信模块、能量供应模块进行统一、有效的控制，另外，还将传感器节点所采集的数据以及其他节点发来的数据进行前期处理。

与传统网络相比，无线传感器网络中的每个传感器节点均需要具有终端功能和路由功能，网络中的每一个传感器节点不仅能完成本地节点需要的信息采集、数据处理，还能够对网络中其他节点转发来的数据进行存储、融合和管理；有时，需要多个无线网络中的传感器节点在网络协议协调下共同完成某些特定的任务。无线传感器网络特点如下：

（1）具有自组织性。一般情况下，在构成无线传感器网络之前无法预先精确设定，也无法预先确定各传感器节点的地理位置或节点之间的相对位置。因此，传感器节点需要自动地进行配置和自我管理，必须具有自组织能力，采用拓扑控制机制和网络协议，自动形成多跳无线网络系统。

（2）规模大。一般情况下，为了准确获得被监测区域的各种数据，以便精确感知被监测区域的变化，在被监测区域内会部署大量传感器节点，有时能达到上万个，甚至更多。

（3）具有动态性。在实际工作中，网络拓扑结构会随一些因素而改变。具体情形如下：环境条件的变化可能会造成无线通信链路带宽的变化；电能耗尽或环境因素可能会造成单个、多个传感器节点出现故障或失效；传感器节点、感知对象和观察者三要素地理位置产生移动变化等。所以，无线传感器网络要能够根据实际情况的变化，动态地改变网络结构，使网络具有重构特性。

（4）可靠性高。无线传感器网络有时可能部署在无人值守区域，如比较恶劣的环境或人类不宜到达的危险区域。这些外在的恶劣条件，要求无线传感器网络所使用的传感器节点必须能适应各种恶劣环境，特别坚固，不易损坏。