感测器网路实现了数据的採集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。

无线感测器网路（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的静止或移动的感测器以自组织和多跳的方式构成的无线网路，以协作地感知、採集、处理和传输网路覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息传送给网路的所有者。

无线感测器网路所具有的众多类型的感测器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。潜在的套用领域可以归纳为: 军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。

WSN是wireless sensor network的简称，即无线感测器网路。 　
无线感测器网路就是由部署在监测区域内大量的廉价微型感测器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网路系统，其目的是协作地感知、採集和处理网路覆盖区域中被感知对象的信息，并传送给观察者。感测器、感知对象和观察者构成了无线感测器网路的三个要素。

微机电系统（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS）、片上系统（SOC，System on Chip）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线感测器网路（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分散式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线感测器网路就是由部署在监测区域内大量的廉价微型感测器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网路。 　
很多人都认为，这项技术的重要性可与网际网路相媲美：正如网际网路使得计算机能够访问各种数字信息而可以不管其保存在什幺地方，感测器网路将能扩展人们与现实世界进行远程互动的能力。它甚至被人称为一种全新类型的计算机系统，这就是因为它区别于过去硬体的可到处散布的特点以及集体分析能力。然而从很多方面来说，现在的无线感测器网路就如同远在1970年的网际网路，那时网际网路仅仅连线了不到200所大学和军事实验室，并且研究者还在试验各种通讯协定和定址方案。而现在，大多数感测器网路只连线了不到100个节点，更多的节点以及通讯线路会使其变得十分複杂难缠而无法正常工作。另外一个原因是单个感测器节点的价格目前还并不低廉，而且电池寿命在最好的情况下也只能维持几个月。不过这些问题并不是不可逾越的，一些无线感测器网路的产品已经上市，并且具备引人入胜的功能的新产品也会在几年之内出现。 　
无线感测器网路所具有的众多类型的感测器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。基于MEMS的微感测技术和无线联网技术为无线感测器网路赋予了广阔的套用前景。这些潜在的套用领域可以归纳为:军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。

目前大部分已部署的WSN，都仅限于採集温度、湿度、位置、光强、压力、生化等标量数据，而在医疗监护、交通监控、智慧型家居等实际套用中，我们需要获取视频、音频、图像等多媒体信息，这就迫切需要一种新的无线感测器网路——无线多媒体感测器网路。无线多媒体感测器网路（WMSN，Wireless Multimedia Sensor Networks）是在传统WSN的基础上引入视频、音频、图像等多媒体信息感知功能的新型感测器网路。

无线多媒体感测器网路是在无线感测器网路中加入了一些能够採集更加丰富的视频、音频、图像等信息的感测器节点，由这些不同的节点组成了具有存储计算和通信能力的分散式感测器网路。WMSN通过多媒体感测器节点感知周围环境中的多种媒体信息，这些信息可以通过单跳和多跳中继的方式传送到汇聚节点，然后汇聚节点对接收到的数据进行分析处理，最终把分析处理后的结果传送给用户，从而实现了全面而有效的环境监测。

与传统的WSN相比，WMSN有如下特点，参见表6。

表6 WSN与WMSN对比

WMSN集成和拓展了传统WSN的套用场合，广泛用于安全监控、智慧型交通、智慧型家居、环境监测等需要多媒体信息的场合。

l 安全监控：在重要的公共场所，可以利用多个视频感测器节点通过无线方式组成分散式监控网路，完成监控区域内的视频信号採集和监视。

l 智慧型交通：分散式布置的WSMN可以在城市内的交通枢纽、主干道的交通信息实施监控，统计出交通的热点信息。

l 智慧型家居：例如WSMN可以用于对幼稚园中儿童的教育环境进行检测，对儿童的活动进行跟蹤，以便家长全面地了解儿童的学习生活。

l 环境监控：例如WSMN用于矿井安全监控时，可以通过声音和视频实时了解井下矿道的动态，提前对安全问题做出预警。

中国物联网校企联盟认为，感测器网路的发展历程分为以下三个阶段：感测器→无线感测器→无线感测器网路（大量微型、低成本、低功耗的感测器节点组成的多跳无线网路）

第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的感测器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。后来，美军投放了2万多个“热带树”感测器。“热带树”实际上是由震动和声响感测器组成的系统，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。只要对方车队经过，感测器探测出目标产生的震动和声响信息，自动传送到指挥中心，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。
第二阶段:二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研製的分散式感测器网路系统、海军协同交战能力系统、远程战场感测器系统等。这种现代微型化的感测器具备感知能力、计算能力和通信能力。 因此在1999年，商业周刊将感测器网路列为21世纪最具影响的21项技术之一 。

第三阶段:21世纪开始至今，也就是9·11事件之后。这个阶段的感测器网路技术特点在于网路传输自组织、节点设计低功耗。除了套用于反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的套用，所以2002年美国国家重点实验室－－橡树岭实验室提出了“网路就是感测器”的论断。

由于无线感测网在国际上被认为是继网际网路之后的第二大网路，2003年美国《技术评论》杂誌评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，感测器网路被列为第一 。

在现代意义上的无线感测网研究及其套用方面，我国与已开发国家几乎同步启动，它已经成为我国信息领域位居世界前列的少数方向之一。在2006年我国发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》中，为信息技术确定了三个前沿方向，其中有两项就与感测器网路直接相关，这就是智慧型感知和自组网技术。当然，感测器网路的发展也是符合计算设备的演化规律。

为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量感测器节点，可能达到成千上万，甚至更多。感测器网路的大规模性包括两方面的含义：一方面是感测器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林採用感测器网路进行森林防火和环境监测，需要部署大量的感测器节点；另一方面，感测器节点部署很密集，在面积较小的空间内，密集部署了大量的感测器节点。

感测器网路的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信价比；通过分散式处理大量的採集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点感测器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。

在感测器网路套用中，通常情况下感测器节点被放置在没有基础结构的地方，感测器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关係预先也不知道，如通过飞机播撒大量感测器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求感测器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网路协定自动形成转发监测数据的多跳无线网路系统。

在感测器网路使用过程中，部分感测器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网路中，这样在感测器网路中的节点个数就动态地增加或减少，从而使网路的拓扑结构随之动态地变化。感测器网路的自组织性要能够适应这种网路拓扑结构的动态变化。

感测器网路的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的感测器节点故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路频宽变化，甚至时断时通；③感测器网路的感测器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求感测器网路系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。

WSN特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，节点可能工作在露天环境中，遭受日晒、风吹、雨淋，甚至遭到人或动物的破坏。感测器节点往往採用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求感测器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。

由于监测区域环境的限制以及感测器节点数目巨大，不可能人工“照顾”每个感测器节点，网路的维护十分困难甚至不可维护。感测器网路的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，感测器网路的软硬体必须具有鲁棒性和容错性。

网际网路是先有计算机终端系统，然后再互联成为网路，终端系统可以脱离网路独立存在。在网际网路中，网路设备用网路中惟一的IP位址标识，资源定位和信息传输依赖于终端、路由器、伺服器等网路设备的IP位址。如果想访问网际网路中的资源，首先要知道存放资源的伺服器IP位址。可以说现有的网际网路是一个以地址为中心的网路。

感测器网路是任务型的网路，脱离感测器网路谈论感测器节点没有任何意义。感测器网路中的节点採用节点编号标识，节点编号是否需要全网惟一取决于网路通信协定的设计。由于感测器节点随机部署，构成的感测器网路与节点编号之间的关係是完全动态的，表现为节点编号与节点位置没有必然联繫。用户使用感测器网路查询事件时，直接将所关心的事件通告给网路，而不是通告给某个确定编号的节点。网路在获得指定事件的信息后汇报给用户。这种以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近于自然语言交流的习惯。所以通常说感测器网路是一个以数据为中心的网路。

例如，在套用于目标跟蹤的感测器网路中，跟蹤目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个节点监测到目标。事实上，在目标移动的过程中，必然是由不同的节点提供目标的位置讯息。

感测器节点的功耗低，体积小，价格便宜，实现了集成化。其中，微机电系统技术的快速发展为无线感测器网路接点实现上述功能提供了相应的技术条件，在未来，类似“灰尘”的感测器节点也将会被研发出来。

在安置感测器节点的监测区域内，布置有数量庞大的感测器节点。通过这种布置方式可以对空间抽样信息或者多维信息进行捕获，通过相应的分散式处理，即可实现高精度的目标检测和识别。另外，也可以降低单个感测器的精度要求。密集布设节点之后，将会存在大多的冗余节点，这一特性能够提高系统的容错性能，对单个感测器的要求得到了大大降低。最后，适当将其中的某些节点进行休眠调整，还可以延长网路的使用寿命。

这种方式通常包括协作式採集、处理、存储以及传输信息。通过协作的方式，感测器的节点可以共同实现对对象的感知，得到完整的信息。这种方式可以有效克服处理和存储能力不足的缺点，共同完成複杂任务的执行。在协作方式下，感测器之间的节点实现远距离通信，可以通过多跳中继转发，也可以通过多节点协作发射的方式进行.

之所以採用这种工作方式，是由无线感测器自身的特点决定的。由于事先无法确定无线感测器节点的位置，也不能明确它与周围节点的位置关係，同时，有的节点在工作中有可能会因为能量不足而失去效用，则另外的节点将会补充进来弥补这些失效的节点，还有一些节点被调整为休眠状态，这些因素共同决定了网路拓扑的动态性。这种自组织工作方式主要包括：自组织通信，自调度网路功能以及自管理网路等。

无线感测器网路中，节点的唤醒方式有以下几种：
（1）全唤醒模式：这种模式下，无线感测器网路中的所有节点同时唤醒，探测并跟蹤网路中出现的目标，虽然这种模式下可以得到较高的跟蹤精度，然而是以网路能量的消耗巨大为代价的。
（2）随机唤醒模式：这种模式下，无线感测器网路中的节点由给定的唤醒机率p随机唤醒。
（3）由预测机制选择唤醒模式：这种模式下，无线感测器网路中的节点根据跟蹤任务的需要，选择性的唤醒对跟蹤精度收益较大的节点，通过本拍的信息预测目标下一时刻的状态，并唤醒节点。
（4）任务循环唤醒模式：这种模式下，无线感测器网路中的节点周期性的出于唤醒状态，这种工作模式的节点可以与其他工作模式的节点共存，并协助其他工作模式的节点工作。
其中由预测机制选择唤醒模式可以获得较低的能耗损耗和较高的信息收益。

WSN并不界定网路型态，也就是可以是star、mesh、P2P或综合以上型态的网路，但都一定具备下列的功能：
1. Sensors/microcontroller：侦测、蒐集以及处理环境中的资料，例如侦测温度、湿度等等。
2. Radio frequency：节点或gateway用以收发资料。
3. Software：包含在节点端的嵌入式系统以及使用者端的管理程式，软体确保资料感测的功能进行顺利以及提供容易阅读的介面。

感测器网路用来感知客观物理世界，获取物理世界的信息量。客观世界的物理量多种多样，不可穷尽。不同的感测器网路套用关心不同的物理量，因此对感测器的套用系统也有多种多样的要求。

无线感测器网路

不同的套用对感测器网路的要求不同，其硬体平台、软体系统和网路协定必然会有很大差别。所以感测器网路不能像网际网路一样，有统一的通信协定平台。对于不同的感测器网路套用虽然存在一些共性问题，但在开发感测器网路套用中，更关心感测器网路的差异。只有让系统更贴近套用，才能做出最高效的目标系统。针对每一个具体套用来研究感测器网路技术，这是感测器网路设计不同于传统网路的显着特徵。

无线感测网路有着许多不同的套用。在工业界和商业界中，它用于监测数据，而如果使用有线感测器，则成本较高且实现起来困难。无线感测器可以长期放置在荒芜的地区，用于监测环境变数，而不需要将他们重新充电再放回去。

无线感测网路的套用包括视频监视，交通监视，航空交通控制，机器人学,汽车，家居健康监测和工业自动化。在环境监控中一个典型的套用就是感测网（Sensor Web，或SW）。感测器网路可以用来监视有效利用电力，如日本的例子。

感测器网路系统通常包括感测器节点EndDevice、汇聚节点Router和管理节点Coordinator。

大量感测器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网路。感测器节点监测的数据沿着其他感测器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过网际网路或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对感测器网路进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。

处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过小容量电池供电。从网路功能上看，每个感测器节点除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合，并与其他节点协作完成一些特定任务。

汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它是连线感测器网路与Internet 等外部网路的网关，实现两种协定间的转换，同时向感测器节点发布来自管理节点的监测任务，并把WSN收集到的数据转发到外部网路上。汇聚节点既可以是一个具有增强功能的感测器节点，有足够的能量供给和更多的、Flash和SRAM中的所有信息传输到计算机中，通过彙编软体，可很方便地把获取的信息转换成彙编档案格式，从而分析出感测节点所存储的程式代码、路由协定及密钥等机密信息，同时还可以修改程式代码，并载入到感测节点中。

管理节点用于动态地管理整个无线感测器网路。感测器网路的所有者通过管理节点访问无线感测器网路的资源。

在无线感测器网路中，常用的测量节点间距离的方法主要有TOA（Time of Arrival），TDOA（Time Difference of Arrival）、超音波、RSSI（Received Sig nalStrength Indicator）和TOF（Time of Light）等。

很显然，现有的感测节点具有很大的安全漏洞，攻击者通过此漏洞，可方便地获取感测节点中的机密信息、修改感测节点中的程式代码，如使得感测节点具有多个身份ID，从而以多个身份在感测器网路中进行通信，另外，攻击还可以通过获取存储在感测节点中的密钥、代码等信息进行，从而伪造或伪装成合法节点加入到感测网路中。一旦控制了感测器网路中的一部分节点后，攻击者就可以发动很多种攻击，如监听感测器网路中传输的信息，向感测器网路中发布假的路由信息或传送假的感测信息、进行拒绝服务攻击等。

对策：由于感测节点容易被物理操纵是感测器网路不可迴避的安全问题，必须通过其它的技术方案来提高感测器网路的安全性能。如在通信前进行节点与节点的身份认证;设计新的密钥协商方案，使得即使有一小部分节点被操纵后，攻击者也不能或很难从获取的节点信息推导出其它节点的密钥信息等。另外，还可以通过对感测节点软体的合法性进行认证等措施来提高节点本身的安全性能。

根据无线传播和网路部署特点，攻击者很容易通过节点间的传输而获得敏感或者私有的信息，如：在使用WSN监控室内温度和灯光的场景中，部署在室外的无线接收器可以获取室内感测器传送过来的温度和灯光信息;同样攻击者通过监听室内和室外节点间信息的传输，也可以获知室内信息，从而非法获取出房屋主人的生活习惯等私密信息。

对策：对传输信息加密可以解决窃听问题，但需要一个灵活、强健的密钥交换和管理方案，密钥管理方案必须容易部署而且适合感测节点资源有限的特点，另外，密钥管理方案还必须保证当部分节点被操纵后（这样，攻击者就可以获取存储在这个节点中的生成会话密钥的信息），不会破坏整个网路的安全性。由于感测节点的记忆体资源有限，使得在感测器网路中实现大多数节点间端到端安全不切实际。然而在感测器网路中可以实现跳-跳之间的信息的加密，这样感测节点只要与邻居节点共享密钥就可以了。在这种情况下，即使攻击者捕获了一个通信节点，也只是影响相邻节点间的安全。但当攻击者通过操纵节点传送虚假路由讯息，就会影响整个网路的路由拓扑。解决这种问题的办法是具有鲁棒性的路由协定，另外一种方法是多路径路由，通过多个路径传输部分信息，并在目的地进行重组。

感测器网路是用于收集信息作为主要目的的，攻击者可以通过窃听、加入伪造的非法节点等方式获取这些敏感信息，如果攻击者知道怎样从多路信息中获取有限信息的相关算法，那幺攻击者就可以通过大量获取的信息导出有效信息。一般感测器中的私有性问题，并不是通过感测器网路去获取不大可能收集到的信息，而是攻击者通过远程监听WSN，从而获得大量的信息，并根据特定算法分析出其中的私有性问题。因此攻击者并不需要物理接触感测节点，是一种低风险、匿名的获得私有信息方式。远程监听还可以使单个攻击者同时获取多个节点的传输的信息。

对策：保证网路中的感测信息只有可信实体才可以访问是保证私有性问题的最好方法，这可通过数据加密和访问控制来实现;另外一种方法是限制网路所传送信息的粒度，因为信息越详细，越有可能泄露私有性，比如，一个簇节点可以通过对从相邻节点接收到的大量信息进行汇集处理，并只传送处理结果，从而达到数据匿名化。

拒绝服务攻击（DoS）

DoS攻击主要用于破坏网路的可用性，减少、降低执行网路或系统执行某一期望功能能力的任何事件。如试图中断、颠覆或毁坏感测网路，另外还包括硬体失败、软体bug、资源耗尽、环境条件等[4]。这里我们主要考虑协定和设计层面的漏洞。确定一个错误或一系列错误是否是有意DOS攻击造成的，是很困难的，特别是在大规模的网路中，因为此时感测网路本身就具有比较高的单个节点失效率。

DoS攻击可以发生在物理层，如信道阻塞，这可能包括在网路中恶意干扰网路中协定的传送或者物理损害感测节点。攻击者还可以发起快速消耗感测节点能量的攻击，比如，向目标节点连续传送大量无用信息，目标节点就会消耗能量处理这些信息，并把这些信息传送给其它节点。如果攻击者捕获了感测节点，那幺他还可以伪造或伪装成合法节点发起这些DOS攻击，比如，它可以产生循环路由，从而耗尽这个循环中节点的能量。防御DOS攻击的方法没有一个固定的方法，它随着攻击者攻击方法的不同而不同。一些跳频和扩频技术可以用来减轻网路堵塞问题。恰当的认证可以防止在网路中插入无用信息，然而，这些协定必须十分有效，否则它也会被用来当作DOS攻击的手段。比如，使用基于非对称密码机制的数字签名可以用来进行信息认证，但是创建和验证签名是一个计算速度慢、能量消耗大的计算，攻击者可以在网路中引入大量的这种信息，就会有效地实施DoS攻击。

WSN协定栈多採用五层协定：套用层、传输层、网路层、数据链路层、物理层。与乙太网协定栈的五层协定相对应。另外，协定栈还应包括能量管理器、拓扑管理器和任务管理器。这些管理器使得感测器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的感测器网路中转发数据，并支持多任务和资源共享。各层协定和管理器的功能如下：

·物理层提供简单但健壮的信号调製和无线收发技术；

·数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；

·网路层主要负责路由生成与路由选择；

·传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；

·套用层包括一系列基于监测任务的套用层软体；

·能量管理器管理感测器节点如何使用能源，在各个协定层都需要考虑节省能量；

·移动管理器检测并注册感测器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得感测器节点能够动态跟蹤其邻居的位置；

·任务管理器在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。

经过十几年发展，已出现了大量的WSN协定，如MAC层的S-MAC、T-MAC、BMAC、XMAC、ContikiMAC等，路由层的AODV、LEACH、DYMO、HiLOW、GPSR等。不过这些均属于私有的协定，均针对特定的套用场景进行最佳化，适用範围较窄，由于缺乏标準，推广十分困难，对产业化十分不利。面对这种情况，国际标準化组织参与到无线感测器网路的标準制定中来，希望通过共同努力，制定出适用于多行业的、低功耗的、短距离无线自组网协定。

WSN相关的标準有：

①IEEE 802.15.4, 属于物理层和MAC层标準，由于IEEE组织在无线领域的影响力，以及TI, ST, Ember, Freescale, NXP等着名晶片厂商的推动，已成为WSN的事实标準。

②Zigbee, 该标準在IEEE 802.15.4之上，重点制定网路层、安全层、套用层的标準规範，先后推出了Zigbee 2004, Zigbee 2006, Zigbee 2007/ Zigbee PRO等版本。此外，Zigbee联盟还制定了针对具体行业套用的规範，如智慧型家居、智慧型电网、消费类电子等领域，旨在实现统一的标準，使得不同厂家生产的设备相互之间能够通信。值得说明的是，Zigbee在新版本的智慧型电网标準SEP 2.0已经採用新的基于IPv6的6Lowpan规範，随着智慧型电网的建设，Zigbee将逐渐被IPv6/6Lowpan标準所取代。与zigbee类似的标準还有z-wave、ANT、Enocean等，相互之间不兼容，不利于产业化的发展。

③ISA100.11a, 国际自动化协会ISA下属的工业无线委员会ISA100发起的工业无线标準。

④WirelessHART, 国际上几个着名的工业控制厂商共同发起的，致力于将HART仪表无线化的工业无线标準。

⑤WIA-PA, 中国科学院瀋阳自动化所参与制定的工业无线国际标準。

此外，网际网路标準化组织IETF也看到了无线感测器网路(或者物联网)的广泛套用前景，也加入到相应的标準化制定中。以前许多标準化组织认为IP技术过于複杂，不适合低功耗、资源受限的WSN，因此都是採用非IP技术。在实际套用中，如Zigbee需要接入网际网路时需要複杂的套用层网关，也不能实现端到端的数据传输和控制。IETF和许多研究者发现了存在的这些问题，尤其是Cisco的工程师基于开源的uIP协定实现了轻量级的IPv6协定，证明了IPv6不仅可以运行在低功耗资源受限的设备上，而且，比zigbee更加简单，彻底改变了大家的偏见，之后基于IPv6的无线感测器网路技术得到了迅速发展。 IETF已经完成了核心的标準规範，包括IPv6数据报文和帧头压缩规範 6Lowpan、 面向低功耗、低速率、链路动态变化的无线网路路由协定 RPL、以及面向无线感测器网路套用的套用层标準CoAP，相关的标準规範已经发布。IETF已组织成立了IPSO联盟，推动该标準的套用，并发布了一系列白皮书。 IPv6/6Lowpan已经成为许多其它标準的核心，包括智慧型电网 zigbee SEP2.0、工业控制标準ISA100.11a、有源RFID ISO1800-7.4（DASH） 等。IPv6/6Lowpan具有诸多优势： 可以运行在多种介质上，如低功耗无线、电力线载波、WiFi和乙太网，有利于实现统一通信；IPv6可以实现端到端的通信，无需网关，降低成本；6Lowpan中採用RPL路由协定，路由器可以休眠，也可以採用电池供电，套用範围广，而Zigbee技术路由器不能休眠，套用领域受到限制。6Lowpan已经有了大量开源软体实现，最着名的是Contiki、TinyOS系统，已经实现完整的协定栈，全部开源，完全免费，已经在许多产品中得到套用。IPv6/6Lowpan协定将随着无线感测器网路以及物联网的广泛套用，很可能成为该领域的事实标準。

由于WSN使用无线通信，其通信链路不像有线网路一样可以做到私密可控。所以在设计感测器网路时，更要充分考虑信息安全问题。手机SIM卡等智慧卡，利用公钥基础设施(Public Key Infrastructure, PKI)机制，基本满足了电信等行业对信息安全的需求。同样，亦可使用PKI来满足WSN在信息安全方面的需求。

(1) 数据机密性

数据机密性是重要的网路安全需求，要求所有敏感信息在存储和传输过程中都要保证其机密性，不得向任何非授权用户泄露信息的内容。

(2)数据完整性

有了机密性保证，攻击者可能无法获取信息的真实内容，但接收者并不能保证其收到的数据是正确的，因为恶意的中间节点可以截获、篡改和干扰信息的传输过程。通过数据完整性鉴别，可以确保数据传输过程中没有任何改变。

(3) 数据新鲜性

数据新鲜性问题是强调每次接收的数据都是传送方最新传送的数据，以此杜绝接收重複的信息。保证数据新鲜性的主要目的是防止重放(Replay)攻击。

(4) 可用性

可用性要求感测器网路能够随时按预先设定的工作方式向系统的合法用户提供信息访问服务，但攻击者可以通过伪造和信号干扰等方式使感测器网路处于部分或全部瘫痪状态，破坏系统的可用性，如拒绝服务(Denial of Service, DoS)攻击。

(5)鲁棒性

无线感测器网路具有很强的动态性和不确定性，包括网路拓扑的变化、节点的消失或加入、面临各种威胁等，因此，无线感测器网路对各种安全攻击应具有较强的适应性，即使某次攻击行为得逞，该性能也能保障其影响最小化。

(6)访问控制

访问控制要求能够对访问无线感测器网路的用户身份进行确认，确保其合法性。

由于技术等方面的制约，WSN的大规模商用还有待时日。但随着微处理器体积的缩小和性能的提升，已经有中小规模的WSN在工业市场上开始投入商用。其套用主要集中在以下领域：

随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要採集的环境数据也越来越多，无线感测器网路的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如，英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型感测器连进网际网路，以读出缅因州"大鸭岛"上的气候，用来评价一种海燕巢的条件。无线感测器网路还可以跟蹤候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以套用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸硷度和施肥状况等。

罗彻斯特大学的科学家使用无线感测器创建了一个智慧型医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要徵兆(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔也推出了基于WSN的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体感测器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各感测器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事Eric Dishman称，"在开发家庭用护理技术方面，无线感测器网路是非常有前途的领域"。

由于无线感测器网路具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合套用于恶劣的战场环境中，使其非常适合套用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计画研究局已投资几千万美元，帮助大学进行"智慧型尘埃"感测器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测：智慧型尘埃式感测器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。

DARPA支持的Sensor IT项目探索如何将WSN技术套用于军事领域，实现所谓“超视距”战场监测。UCB的教授主持的Sensor Web是Sensor IT的一个子项目。原理性地验证了套用WSN进行战场目标跟蹤的技术可行性，翼下携带WSN节点的无人机(UAV)飞到目标区域后抛下节点，最终随机布撤落在被监测区域，利用安装在节点上的地震波感测器可以探测到外部日标，如坦克、装甲车等，并根据信号的强弱估算距离，综合多个节点的观测数据，最终定位目标，并绘製出其移动的轨迹。虽然该演示系统在精度等方面还远达不到装备部队用于实战的要求，这种战场侦察模式尚未套用于实战，但随着美国国防部将其武器系统研製的主要技术目标从精确制导转向目标感知与定位，相信WSN提供的这种新颖的战场侦察模式会受到军方的关注。

WSN还被套用于一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域，英特尔正在对工厂中的一个无线网路进行测试，该网路由40台机器上的210个感测器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用时间。儘管无线感测器技术仍处于初步套用阶段，但已经展示出了非凡的套用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的套用。

WSN火灾报警检测系统採用星型无线网路系统，系统中只有一个网路协调器和很多个RFD节点，网路协调器设定在管理中心，负责建立网路和管理网路，并显示当前整个网路的状况并把收到的数据通过串口传给计算机。而检测终端节点分布在监测地点，负责採集相关採集值，然后定期传送到网路协调器。

无线通信技术

能量收集技术

感测器技术

嵌入式作业系统技术

低功耗技术

多跳自组织网路的路由协定

数据融合和数据管理技术

信息安全技术

无线感测器网路的嵌入式网关硬体设计

无线感测器网路拓扑控制由两部分组成，即拓扑构建和拓扑维护。一旦建立起最初的网路最佳化拓扑，网路开始执行它所指定的任务。由于网路任务所包含的每一个行为如感测、数据处理和传输等都需要消耗能量，因此随着时间的推移，当前的网路拓扑不再处于最优运行状态，因此需要对其进行维护使其重新保持最优或接近最优状态。

无线感测器网路的拓扑控制可以看作一个重複的过程，如图1 所示。首先，对所有无线感测器网路都有一个拓扑初始化阶段。在该阶段，每个节点用其最大发射功率发射来建立初始拓扑。在初始化阶段后，通过运行不同的算法或协定来对初始拓扑进行最佳化，并最终构建一个最佳化拓扑，该阶段称之为拓扑构建。一旦拓扑构建阶段建立起最佳化网路拓扑，拓扑维护阶段必须开始工作。

在拓扑维护阶段，实时监测当前拓扑状态，并在适当的时候触发拓扑恢复或重构过程。从图1 中可见，在网路的生命周期内，拓扑维护周期运行，直到网路死亡。对拓扑维护进行定义的文献很少，文献[8]对拓扑维护进行了简单定义，指出“拓扑维护是指当网路当前工作的拓扑结构不是最最佳化的拓扑结构时，及时通过修复、切换或重构新的网路拓扑，使网路达到预先设定的性质，延长网路的生命期”.

该定义没有指出拓扑维护运行的时间、所採取的维护方式，特别是定义中提到使拓扑达到或接近最优以及达到预先设定的性质，却没有指出是哪个具体阶段的最优或性质，因为随着网路的运行，网路的最优状态和性质也在发生变化。所以，本文对拓扑维护进行了比较严谨的定义，即拓扑维护是一个周期性的过程，在每个周期中它由不同的触发标準(如时间，能量，节点故障等)触发，通过儘可能多地轮换节点角色或重新运行拓扑构建过程或调用专用维护算法来修复或重构网路拓扑，均衡网路能量消耗，使新的拓扑成为当前最优或接近当前最优状态，并最终延长网路的生命周期。

拓扑维护和其它感测器网路技术一样，其主要目的是延长网路的生命周期。此外，感测器网路被构建用来实现某些任务，如执行感测和传输感测数据，因此一个或多个服务质量目标如保持感测覆盖以及保持网路连通等也通常被考虑。

而且，无线感测器网路的套用不同则导致其底层网路的拓扑维护设计目标不同或目标优先次序不同。以下介绍拓扑维护主要考虑的设计目标。

并没有文献对拓扑维护模型进行描述。为了更好的理解拓扑维护的运行过程及其特点，本文设计了一个通用的拓扑维护模型，如图2 所示。从图中可见，拓扑维护是一个周期的过程，每个周期中从网路的当前拓扑开始，经过拓扑维护过程生成一个最佳化的拓扑，周期运行，直到网路死亡。

从上图可见，每个拓扑维护周期，经由触发器和决策器。

其中触发器主要根据设计的触发标準如时间、能量或节点故障等来触发拓扑维护过程。决策器用来选择拓扑维护策略。

模型描述：

专门的拓扑维护技术研究还比较少，但相关研究结果表明最佳化的拓扑维护能有效地节省能量并延长网路生命周期，同时保持网路的基本属性覆盖或连通。本节中，根据拓扑维护决策器所选维护策略将现有的拓扑维护技术分为基于角色轮换、基于拓扑重构和混合的拓扑维护。

在无线感测器网路的研究中，能效问题一直是热点问题。当前的处理器以及无线传输装置依然存在向微型化发展的空间，但在无线网路中需要数量更多的感测器，种类也要求多样化，将它们进行连结，这样会导致耗电量的加大。如何提高网路性能，延长其使用寿命，将不準确性误差控制在最小将是下一步研究的问题。

在今后，无线感测器网路接收的数据量将会越来越大，但是当前的使用模式对于数量庞大的数据的管理和使用能力有限。如何进一步加快其时空数据处理和管理的能力，开发出新的模式将是非常有必要的。

标準的不统一会给无线感测器网路的发展带来障碍，在接下来的发展中，要开发出无线通讯标準。