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1.3 无线传感器网络
1.3.1 简介
无线传感器网络(wireless sensor networks，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。它综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，能够通过各类集成化的微型传感器协同完成对各种环境或监测对象的信息的实时监测、感知和采集，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会这三元世界的连通。
在 2000 年 12 月，电气和电子工程师协会(institute of electrical and electronics engineers，IEEE)成立了IEEE802．15．4 工作组。这个工作组致力于定义一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。ZigBee正是这种技术的商业化命名，这个名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过 ZigBee 形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。在标准化方面，IEEE 802．15．4工作组主要负责制定物理层和 MAC层的协议，其余协议主要参照和采用现有的标准。基于 ZigBee技术的无线传感器网络应用在 ZigBee 联盟和IEEE 802．15．4 组织的推动下，结合其他无线技术可以实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域具有极高的应用价值，而且在未来其应用更将扩展到涉及人类日常生活和社会生产活动的所有领域。
无线传感器网络是由大量体积小、成本低，具有无线通信、传感、数据处理能力的传感器节点组成的，传感器节点一般由传感单元、处理单元、收发单元、电源单元等功能模块组成。除此之外，根据具体应用的需要，可能还会有定位系统、电源再生单元和移动单元等。在无线传感器网络中，大量传感器节点被布置在整个观测区域中，各个传感器节点将所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合后传送给用户，数据传送的过程是通过相邻节点接力传送的方式传送回基站，然后再通过基站以卫星通信或者有线网络连接的方式传送给最终用户。
1.3.2 无线传感器网络的特性：
低功耗 ： Zigbee 传输速率低，传输数据量少，信号的收发时间短。在非工作状态下，节点处于睡眠模式。而由睡眠模式启动至工作模式，设备搜索时间仅需 45ms。通过上述机制，普通电池就可支持 Zigbee节点运转长达 6 个月到2 年左右。
自组织网络： 在传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器的位置不能预先精确设定，节点间的相互邻居关系预先也不知道。因此就要求传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。 在传感器使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或者环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监控精度而补充到网络中，所以在传感器网络中的节点个数就会动态地增加或者减少，从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。
高可扩充性： 在没有协调器的情况下，一个无线传感器网络最多可容纳 255 个网络节点。若是有协调器的加入， 无线传感器网络最多可扩充到 65535 个Zigbee 节点， 再加上各个网络协调器相互连接，则可使整个无线传感器网络节点数目变得十分可观。此外，Zigbee 协议提供了数据完整性错误检查，且采用了通用的 AES-128 加密算法，因此具有高保密性。
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