傳感器網絡是由本地傳感器、通信媒介以及中央通用數據處理設施一起組成的。無線傳感器網絡建立在這個概念之上，只是允許傳感器從所綁定的媒介上解放出來。這樣的做法給傳感器的安裝定位方面提供了很大的自由度和靈活度，并賦予網絡對監控功能進行精細調整的能力。無線傳感器網絡（WSN）是無線技術、微型化以及電池技術進步發展的必然結果。

這項技術也推動了消費者級別的傳感器和設備的擴散，這些傳感器和設備是通常所說的物聯網（IoT）的基礎，物聯網正在捕獲公眾的想象力。本文將重點關注于WSN的基礎知識以及如何使用它們。工程師們已經了解如何通過無線局域網（WLAN）來提高效率和減少時間浪費的。通過利用現有的無線（以及有線）基礎設施來構建廣泛的傳感器網絡，并將其擴展到幾乎所有生活領域，無線傳感器網絡（WSN）將會進一步擴展這一概念。

節省耗電

無線傳感器一般都是體積小、獨立的、耗電低、并且具備一定處理能力的單元設備。 這種技術的關鍵概念是無線通訊能力，它可以與中央處理器進行通訊，也可以作為網狀結構的一部分使用其他設備來擴展通訊范圍。無線傳感器在很大程度上依賴節電算法，借此可以長時間保持工作狀態。電池技術的進步、電池容量的不斷增大、以及延長休眠時間的能力，這使得電池的工作壽命預期可以達到數年之久。

諸如藍牙和Zigbee這些技術，大多數移動設備都已經具備了這些功能，因為節電算法是所有經過Wi-Fi認證的設備所需要的特性，也包括滿足IEEE 802.15.4-2015標準（IEEE 用于低速率無線個人局域網的無線標準）的設備。其概念很簡單，即如果沒有動作或者需要報告的事件，傳感器就會進入睡眠狀態。如果有事件發生或到了預先設定的時間，傳感器會醒來、評估當時的狀況、匯報其狀態、然后再進入睡眠。這個周期也可以通過輪詢算法來啟動，輪詢算法依次處理每個傳感器。也可以調節工作周期來對傳感器進行開關操作，有效地將電耗降低一半。關鍵的一點是這些傳感器從設計之初就是要作為低耗電節點來工作的。

更多小型傳感器

新一代無線傳感器最顯著的特征之一是它們的尺寸小。人們采用可以召喚出獨特形象的名字來稱呼這些傳感器：“智能塵埃”、“現貨商業微塵”、或者簡單的稱之為“微塵”。它們的尺寸小到納米級，大到肉眼可見。前者指的是生物學傳感器或小的無源傳感器，可以做到嵌入式和非嵌入式；后者指的是更大一些的傳感器，例如征收過路費的標簽、門禁卡、以及類似的傳感器。其想法是部署一套由具備多種不同計算能力的小型的、耗電低的、低速率的分布式傳感器組成的基礎設施，最后形成更大的、分辨率更高的、近乎有機的網絡。

數據處理還是通過傳統的固定的中央數據處理設施完成，該設施從網絡上接收數據，然后進行大規模的處理工作。網絡內部的數據處理本身也在考慮之中，從某種意義上說相當于“分布式處理器”。最終實現的是一個與大量各種各這樣可以自主運行的傳感器通訊的分布式網絡，而這些傳感器之間也互相通訊。要確保無縫的互操作性，這需要一套通用的、開放的通訊以及數據標準。

應用無線傳感器技術

很多應用都可以使用無線傳感器。一個常見的應用是安全系統。無線訪問控制及區域監控已經利用無線技術廣泛地實現了。另一個應用是國家電網，或者更為我們熟知的是全國氣象站網絡。這些已經實現的傳感器網絡的一個共同特征是，它們具有與現存的通訊基礎設施進行通訊的能力。然而，許多系統都是高度專業化的，而且采用了企業專有的通訊方案，大大地增加了成本和復雜性，因此才有了對標準化方式的需求。

人們設想未來的傳感器網絡會通過大型網狀架構來進行通訊，其中每個節點都有將來自于其他節點的數據傳播出去的功能，最終到達的目的地是聚合器，不相關的數據會在此聚合器內部進行處理。傳感器會以龐大的數量部署在高密度的網絡上。它們會利用短距離的、耗電低的節點之間的無線鏈接進行互相聯網，而現有的通訊基礎設施，特別是WLAN以及互聯網連接會被用于長距離的通訊。

WSN會使得居家、工廠、處理廠、輪船、飛機等無數個應用場合在感知和控制方面更加便利。有了無處不在的傳感器網絡，生產的每個方面都能被監控到，例如，可以使得一座建筑對其結構上的弱點進行報告，或者在一套處理工藝中定位異常點，而這些異常點會被固定安裝的傳統傳感器忽視掉。

在一套工業流程中，無線傳感器可以被嵌入到過程介質流當中，從而可以持續監控成千上萬個點。監控幾個不同參數的智能傳感器也可以像一些微型實驗室一樣工作，將數據發送回SCADA系統來執行需要的動作。甚至是人體都可以使用這種技術進行感知化，而且可以進一步將此技術用于血液生化或者人體復雜的電活動，將這些數據與患者的醫生進行溝通，并對潛在的有害情況提供警報。使用WSN的應用場合不計其數。

最后，提醒一句：由于我們目睹了移動設備的爆炸式增長，我們很容易變得依賴它們而喪失了自我思考的能力。WSN并不會取代關鍵的、分析性的思考和行動。（作者：Daniel E. Capano）
編輯：hfy