无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络扩展了人们信息获取能力，将客观世界的物理信息与传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程监控等领域。已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。无线传感器网络的体系结构如图5-1所示。

图5-1 无线传感器网络的结构示意图

无线传感器网络主要包括4类基本实体对象：目标、传感器节点、汇聚节点、网关节点，以及监测区域。但对于整个系统来说，还需定义与外部网络连接的网关、外部传输网络、基站、外部数据处理网络、远程任务管理单元和用户等。在网络中，大量的传感器节点随机部署在目标的邻近区域，通过自组织方式构成网络，形成对目标的监测区域。传感器节点对目标进行检测，获取的数据经本地简单处理后再通过邻近传感器节点采用多跳的方式传输到汇聚节点，该节点同时又是无线传感器网络与外部网络通信的网关节点。网关节点通过一个单跳链接或一系列的无线网络节点组成的传输网络，把数据从监测区域发送到提供远程连接和数据处理的基站，基站再通过外部网络（比如互联网或卫星通信网络）传输到远程数据库。最后，利用各种应用软件对采集到的数据进行分析处理，通过各种显示方式提供给终端用户。用户和远程任务管理单元也可以通过外部网络，与汇聚节点进行交互，汇聚节点可向传感器节点发布查询请求和控制指令，并接收传感器节点返回的目标信息。

传感器网络的拓扑结构一般有3种：星形网络、网状网络和树形网络。3种传感器网络的拓扑结构如图5-2所示。

图5-2 网络拓扑结构(www.daowen.com)

3种网络拓扑结构的性能比较见表5-1。

表5-1 3种拓扑结构性能比较

星形网络最简单，由一个FFD（全功能设备）作为网络的协调器节点，其他设备（RFD（精简功能设备）或者FFD）作为从属设备。其他设备都与协调器节点直接相连，与其进行通信。从属设备之间的通信都靠协调器节点转发。由于相互连接的两节点间受无线信号强度的制约，距离不能太远，因此从属设备都只能分布在协调器节点周围，整个网络的覆盖范围较小，主要应用于一些简单的应用，如PC外围设备、简易自动玩具等。

树形网络是对星形网络的拓展加强。协调器节点可以有很多子节点，子节点中如果是RFD，则是处于树末端的终端节点，如果是FFD，则可以实现路由转发功能，成为路由器节点，可以拥有它自己的一些子节点。这些子节点与协调器的子节点一样，可以是RFD终端节点，也可以是继续向下延伸的FFD路由器节点。与星形网络相比，树形网络结构更复杂，但网络规模更大，地理上覆盖的范围也可以更广，信息的传递主要靠路由器节点形成的树形路由转发完成，网络规模大时会有一点时延。树形网络是适用范围最广的拓扑结构。

网状网络与树形网络很相似，但做了一些变化。与树形网络的路由器节点只与自己的父节点，以及自己的子节点连接不同，网状网络中的路由器节点会与通信范围内的所有路由器节点进行连接，从而使网络中的所有路由器节点形成一个网状，而不是树形网络中的树形结构。其特点是路由转发更快，因此网络传输延时最小，但代价是需要更多的处理，节点的设备要求更高，成本更大，适用于对网络传输速度要求严格，且能承受高成本的场合。