2002年夏季，研究人员把许多被称为“尘埃”的微小型监控组件装到海燕巢的洞穴中。这些装置的尺寸只有一对AA号电池那么大，并且装备了一个处理器、一个小量计算机内存和监控温度、湿度、压力、光与热量的传感器。这些“尘埃”预示着一个到处是以电池为电源的WSN的未来，这些传感器将监控我们的环境、机器，甚至我们自己。

2003年美国MIT技术评论(Technology Review)认为，有十种新兴技术很快就可以改变计算、医疗、制造、运输和我们的能源基础设施，其中排名第一的是无线传感网络(Wireless Sensor Networks, WSN)。WSN是由一到数个无线数据收集器以及为数众多的传感器(sensors)所构成的网络系统，而组件之间的沟通则是采用无线通讯方式。为了达到大量布建的目的，无线传感网络必须具备低成本、低耗电、体积小、容易布建，并具有感应环境装置，可程序化、可动态组成等特性。

WSN的发展，最早是美国加州柏克莱大学(UC Berkeley)的一项研究计划，研究人员利用MEMS技术，开发出一种体积与普通阿司匹林药片大小相似的传感器，称为智慧灰尘(smart dust)。由于这项计划是由美国国防部研究计划单位(DARPA)所资助，原先的构想是应用在军事上。例如在战场上，使用无人驾驶的小飞机，带着数以百万的无线传感器，洒在监控敌军的区域进行搜集数据任务，一段时间之后，同样派遣无人驾驶的小飞机，将传感器搜集到的数据通过无线网络传回小飞机上，并带回基地加以分析。如此一来，就不需要冒着极大的危险派遣兵力深入敌方，便可完成搜集敌军情报的任务。在加州柏克莱大学的计划中，研发出的无线感测组件，称为Mote系列。之后衍生出许多相关技术的研发公司，其中结合IEEE 802.15.4的商品化Mote家族，有Intel的Mote 2，Crossbow的Mote-Kit 2400 (MICAz)，与Dust Networks的M2020 Mote等。

1、WSN的特点

目前，现有的Wireless Ad hoc NETwork (WANET)架构是最为接近WSN的架构。虽然它们同为无固定基础结构(infrastructure)型网络，但现有的WANET协议及算法大多无法直接应用到WSN上。其中最主要的几个原因如下：
1) WSN的节点数常是WANET的数十倍至数千倍，故需低制造成本。
2) WSN节点的体积、能量、运算能力，及内存受到极大的限制。
3) WSN的节点密度高，且较容易故障，因此需有容错功能。
4) WSN的网络拓扑(topology)时常改变，需有网络自我重建功能。
5) 大部份的WANET使用点对点(point-to-point)通讯，而WSN主要使用广播 (broadcast)或群播(multicast)通讯，而且需支持多点跳跃传输路由(multi-hop routing)。
6) 为节省传输数据的能量，WSN的ID (MAC address)将不适用传统IEEE 802的6个字节。

2、WSN的发展历程

WSN是从传感网络开始的。第一代传感网络出现在20世纪70年代，使用具有简单信息信号获取能力的传统传感器，采用点对点传输、连接传感控制器构成传感器网络；第二代传感器网络具有获取多种信息信号的综合能力，采用串、并接口(如RS-232、RS-485)与传感控制器相联，构成有综合多种信息的传感器网络；第三代传感器网络出现在20世纪90年代后期和本世纪初，用具有智能获取多种信息信号的传感器，采用现场总线连接传感控制器，构成局域网络，成为智能化传感器网络。

第四代传感器网络正在研究开发，目前成形并大量投入使用的产品还没有出现。第四代网络采用大量的具有多功能多信息信号获取能力的传感器，采用自组织无线接入网络，与传感器网络控制器连接，构成无线传感网络。本文所介绍的WSN就是指第四代传感网络。

3、WSN节点和网络体系结构

传感网络节点共包括4个基本单元：传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)以及电源。此外，可以选择的其它功能单元包括：定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。

在WSN中，节点通过飞机布撒、人工布置等方式，大量部署在感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。这种以自组织形式构成的网络，通过多跳中继方式将数据传回sink节点(接收发送器），最后借助sink链路将整个区域内的数据传送到远程控制中心进行集中处理。一个典型的WSN的体系结构包括分布式传感器节点（群）、sink节点、互联网和用户界面等。在WSN中绝大多数的节点只有很小的发射范围，而sink节点的发射能力较强，具有较高的电能，可以把数据发回远程控制节点。

4、WSN关键技术

如果把WSN按其功能抽象成五个层次的话，将会包括基础层（传感器集合）、网络层（通信网络）、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。

（1）基础层

基础层以研究新型传感器和传感系统为核心，包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等，以降低能耗、提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力。同时，还包括多通道传感器以及无线通信芯片的系统集成，以及嵌入式处理器的集成化。此外，基础层还包括通过对嵌入式操作系统的研究，实现利用有效资源对整体系统进行高效率的事件处理、能源管理、命令处理和工作描述。

另外，超低能耗的传感器节点的设计、各功能部件的接口及系统集成方法、与信号处理中心之间实现高速的通信以保证决策人做出迅速及时的反应也是业界关注的重点。目前，这一代节点产品大都采用各类通用芯片（如普通8位微处理器，如Atmega128L，以及通用无线通信模块CC1000等）和元器件进行集成开发。而某些面向2010年的下一代节点将完全采用SOC方法，以真正实现微型化并大大降低节点成本。这方面代表性的项目有非常有名的Smart Dust。

（2）网络层

网络层以通信网络为核心，实现传感器与传感器、传感器与用户之间的通信，对传感器节点进行有效的控制和管理，支持多传感器协作完成大型感知任务。需要展开的研究工作包括低能耗、高速率、长生命周期的WSN的随机自组织通信协议、通信方式及自重构、自调整性；WSN的可扩展性、容错性、可维护性及安全性、隐私性；WSN的特性（有别于已有的互联网和Ad hoc无线网络）；适用于WSN的网络通信模式、支持WSN通信的各种协议、时间同步、任务分配与协调控制以及相应的软硬件资源等方面。

（3）中间件层

中间件层研究具有通用性能的标准中间层软件结构，负责WSN系统的资源管理、动态环境分析，以及普适应用的开发支持，如应用功能改换、功能扩展、系统升级、重复再利用等关键性能的实现。

（4）数据处理和管理层

数据处理和管理层以传感器数据管理与处理软件为核心，包括以数据为中心的实时分布式数据流管理、查询及相关信息处理技术；支持感知数据的采集、存储、查询、分析等各种数据管理和分析处理软件系统，新型统计算法、排除误差信息的方法、对大型分布式传感器阵列的协同处理、图象识别方法等。

（5）应用开发层

应用开发层由各种WSN应用软件组成。显然，围绕实现网络整体低功耗运行，在基础层上针对传感器节点开展研究工作是整体WSN研究的起点和基础。以上提到的网络节点中涉及到的各项技术无疑是最为关键的一部分技术。此外，针对适合WSN特点、支持WSN工作的网络协议这一关键技术将会直接影响整体工作水平和实用化的进程。

5、WSN通讯协议

有关无线传感网络的通讯协议，考虑到兼容性与市场可接受度，在家庭自动化与智能型大楼方面，以IEEE 802.15.4低速率无线个人局域网络(Low-Rate Wireless Personal Area Network, LR-WPAN)结合ZigBee无线标准为基础的发展，是普遍看好的发展方向。而看好量大的家用市场，以Zensys为首成立的Z-Wave联盟也设计相关的无线协议，与ZigBee争夺家庭自动化市场。而针对各种不同的应用场合，IEEE 802.11/WiFi、IEEE 802.15.1/Bluetooh、IEEE 802.15.3/UWB等通讯标准，也都是无线传感网络可能采用的协议。此外，正在发展中的IEEE 1451标准则尝试着制订一个标准接口，将各种不同的无线通讯协议隐藏而独立于传感器设计，希望达成可以直接即插即用(Plug-and-Play)的智能型传感器(smart transducer)应用。

2007年5月，IEEE批准了IEEE 1451系列标准中的两项新智能传感器标准。其中的一项标准是IEEE 1451.0“传感器和驱动器的智能传感器接口标准：公共功能，通信协议和转换器电子数据表(TEDS)格式”。IEEE 1451.0为推动IEEE 1451系列中标准间的互用性创造了一套公共功能、协议和格式。同时它还简化了不同物理层未来标准的制定程序。

第二项标准是IEEE 1451.5“传感器和驱动器的智能传感器接口标准：无线通信协议和转换器电子数据表(TEDS)格式”。该标准为转换器制定了统一的无线通信方法和数据格式。该标准能够用于支持用户、转换器制造商和系统整合商发展传感器的无线通信接口和协议。此外，它还有助于转换器连通性对无线技术的认同。

IEEE 1451系列标准中的其它标准包括：IEEE 1451.1：处理整个网络和系统和网络中的连接转换器问题；IEEE 1451.2：处理如何在网络中安放数字转换器的问题；IEEE 1451.3：能够实现在同一个电缆中安放多个转换器；IEEE 1451.4：为数字系统在网络中模拟转换器增加了即插即用功能。