為了減少森林火災帶來的損失，世界各國非常重視林火監測。林火監測的措施通常可劃分為四個空間層次，即地面巡護、嘹望臺定點觀測、空中飛機巡護和空間衛星監測。林火監測系統的功能是及時發現火情，準確探測起火點，確定火的大小、動向，監視林火發生發展的全過程。但是在茫茫林海，只靠巡護員檢測火情是很不夠的，嘹望臺嘹望又受到很多條件的限制，一般情況下，小火時煙霧小不易發現，發現時往往已釀成災；大火蔓延時，煙霧彌漫，很難確定大火的位置和發展動向；通過觀察煙霧測定的數據往往誤差較大；夜間觀測困難。而靠飛機巡邏觀察不僅耗資大，速度也不是最陜的，并且圖像的分辨率低，一般火災燃燒幾公里才能被發現。由于上述不足，森林防火指揮部在制定撲火計劃和調動撲火力量時，可能因火災位置不準而造成不必要的損失。

隨著科學技術的發展，高科技不斷被應用到林火監測中，森林防火工作日益走向高科技、智能化、系統化、綜合化。環境監測是一類典型的傳感器網絡的應用。與傳統的環境監控手段相比，使用傳感器網絡進行環境監控有三個顯著的優勢：一是傳感器節點的體積很小且整個網絡只需要部署一次，因此部署傳感器網絡對監控環境的人為影響很小。這一點在對外來生物活動非常敏感的環境中尤其重要。二是傳感器網絡節點數量大，分布密度高，每個節點可以檢測到局部環境的詳細信息并匯總到基站，因此傳感器網絡具有數據采集量大，精度高的特點。三是無線傳感器節點本身具有一定的計算能力和存儲能力，可以根據物理環境的變化進行較為復雜的監控，傳感器節點還具有無線通信能力，可以在節點間進行協同監控。通過增大電池容量和提高電池使用效率，以及采用低功耗的無線通信模塊和無線同協議可以使傳感器網絡的生命期延長很長時間，這保證了傳感器網絡的實用性。節點的計算能力和無線通信能力使得傳感器網絡能夠重新編程和重新部署，對環境變化、傳感器網絡自身變化以及網絡控制指令做出及時反應，因而傳感器網絡適用于多種環境監測應用中。

1 無線傳感器網絡

1.1 無線傳感器網絡介紹

無線網絡是由許多獨立的無線節點之間，通過空氣中的無線電波，光波，構成的無線通信網絡。是由大量微型、智能、低功耗傳感器以某種網絡協議構成的無線網絡。其目的是協作的感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區域中感知對象的信息，并發布給觀察者。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術以及無線通信技術，正成為一個新興技術領域，被認為是21世紀最重要的技術之一。

無線傳感器網絡節點具有無線通信、數據采集和處理、協同合作等功能，可以隨機或者特定的布置在目標環境中，能夠獲取周圍環境的信息并且相互協同工作完成特定任務。傳感器節點主要由電源管理模塊、傳感器、微處理器、存儲器以及射頻模塊等功能模塊構成。典型的傳感器節點結構如圖1所示。

電源管理模塊為其他功能單元提供正常工作所必需的能源。傳感器用于感知、獲取外界的信息，并通過信號處理電路將其轉換為數字信號。微處理器部件負責協調節點各部分的工作，如對傳感器獲取的信息進行必要的處理、保存，控制傳感器和電源的工作模式等。射頻模塊負責與其他傳感器或觀察者的通信。

1.2 路由協議

路由協議負責將數據分組從源節點通過網絡轉發到目的節點，它主要包括兩個方面的功能：尋找源節點和目的節點間的優化路徑，將數據分組沿著優化路徑正確轉發。在無線傳感器網絡中，節點能量有限且一般沒有能量補充，因此路由協議需要高效利用能量，同時，傳感器網絡節點數目往往很大。節點只能獲取局部拓撲結構信息，路由協議要能在局部網絡信息的基礎上選擇合適的路徑。傳感器網絡具有很強的應用相關性，不同應用中的路由協議可能相差很大，沒有一個通用的路由協議。此外，傳感器網絡的路由機制還經常與數據融合技術聯系在一起，通過減少通信量而節省能量。因此，傳統無線網絡的路由協議不適應于無線傳感器網絡。相對于傳統無線通訊網絡而言，傳統無線通訊網絡研究的重點放在無線通訊的服務質量（Qos）上，而無線傳感器節點是隨機分布，電池供電，因此目前無線傳感器網絡路由協議的研究重點是放在如何提高能量效率上，當前流行的幾個無線傳感器網絡的路由協議有：泛洪協議、Gossiping協議、SPIN協議、定向擴散（DirectedDi舶sion）協議、LEACH協議等閉。

1.3 無線傳感器網絡管理技術

在傳感器網絡中，傳感器節點是體積微小的嵌入式設備，采用能量有限的電池供電，它的計算能力和通信能力十分有限，所以除了要設計能量高效的MAC協議、路由協議以及應用層協議之外，還要設計優化的網絡拓撲控制機制。對于自組織的無線傳感器網絡而言，網絡拓撲結構控制對網絡性能影響很大。良好的拓撲結構能夠提高路由協議和MAC協議的效率，為數據融合、時間同步和目標定位等很多方面提供基礎，有利于延長整個網絡的生存時間。所以，拓撲控制是傳感器網絡中的一個基本問題。

傳感器網絡拓撲控制主要研究的問題是：在滿足網絡覆蓋度和連通度的前提下，通過功率控制和骨干網節點選擇，剔除節點之間不必要的通信鏈路，形成一個數據轉發的優化網絡結構。具體地講，傳感器網絡中的拓撲控制按照研究方向可以分為兩類：節點功率控制和層次型拓撲結構組織。功率控制機制調節網絡中每個節點的發射功率，在滿足網絡連通度的前提下，均衡節點的單跳可達鄰居數目。層次型拓撲結構控制利用分簇機制，讓一些節點作為簇頭節點，由簇頭節點形成一個處理并轉發數據的骨干網，其他非骨干網節點可以暫時關閉通信模塊，進入休眠狀態以節省能量。現在的拓撲控制研究的發展趨勢是以實際應用為背景，多種機制結合使用，強調網絡拓撲控制的自適應性和魯棒性，在保證網絡連通性和覆蓋性的前提下，提高網絡通信的效率，最大限度地節省能量來延長整個網絡的生存時間。考慮到不同的應用背景各有特點和網絡生存時間，一般都會綜合使用拓撲控制。