第一章 无线传感网与TinyOS

    （4）网络自组、动态拓扑

    无线传感器节点通常采用随机布设的方式被放置于缺乏基础通信设施的环境中，如通过飞机播撒等方式将传感器节点布设到人类不可到达或危险的区域中。传感网络中节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相邻关系也不能预先确定。另外，传感器节点可能由于能量耗尽或受到环境因素影响而失效，而其他一些节点又可能为了弥补失效节点或增加监测精度而被补充进来，再加上节点可能移动以及采用休眠调度机制，网络拓扑往往处于动态变化之中。而且，无线通信环境的时变特征和节能需求又决定了传感网络的高度时空复杂性。鉴于上述因素，无线传感网络必须能够通过节点之间的相互协调、协商与协同，自动进行配置、管理及调度，来适应不断变化的内、外部环境，保持自身工作的连续性和高效性。无线传感器网络的自组织主要包括自组织通信、网络功能的自调度以及网络的自主管理等。

    （5）以数据为中心、应用相关的网络

    传统网络通常以传输数据为目的，所有的功能处理都在网络终端进行，网络的中间节点主要用于分组的存储转发；网络设备使用唯一的IP地址进行标识，资源定位和信息传输依赖于终端、路由器、服务器等网络设备的IP地址，所以称传统网络是一个以地址为中心的网络。而无线传感器网络是一个任务型的网络，以完成对环境的感知、监测和反馈为目的。网络中的节点采用节点编号标识，但节点标号与节点的位置之间没有必然的联系。用户使用传感器网络查询事件时，直接将所关心的事件通知给网络，而不是去访问具有某个地址标识的节点，网络在获得指定事件的信息之后汇报给用户，这是一种以数据本身作为查询或传输线索的方式，更加接近于自然语言交流的习惯，所以称无线传感器网络是一个以数据为中心的网络。

    无线传感器网络通过感知客观世界来获取数据信息，不同的传感器网络应用关心不同的物理量，因此不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议之间也存在着很大的差别，所以无线传感器网络不像互联网那样有统一的通信协议平台，针对每一个具体应用来设计传感器网络，是该网络不同于传统网络的显著特征。

    （6）多跳、对等的通信方式

    由于大量传感器节点是密集布设的，且节点之间的通信范围有限，因此，多跳（Multi-Hop）、对等（Peer to Peer）的通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用。由于每跳的距离较短，无线收发器可以在较低的能量级别上工作。另外，多跳通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰减和干扰等各种问题，提高了数据传输的有效性。

    2．无线传感网络的优势

    无线传感网络是由大量微型传感器节点以无线、多跳、自组织方式构成的分布式协作网络，能够实时协同地感知、采集和处理监测区域内各种环境和对象的信息，并通过卫星或互联网发送给用户，使得人们可以在任何时间、地点以及任何环境下实现对物理世界的动态、智能、协同泛在的感知。与传统的无线网络相比，具有以下几个比较明显的优势。

    （1）布设灵活

    无线传感网络自组织、协作通信等特点使网络的布设方式灵活便捷，可以通过人工布设、飞机播撒等方式将传感器节点随机部署到监测区域，尤其适合于一些不易到达、危险的应用场合。所以，无线传感网络在布设、使用上的灵活性要远远强于传统的无线网络。

    （2）容错能力强、可靠性高

    大量廉价、微型的传感器节点对监测区域进行密集空间抽样，或者对监测目标进行近距离密集监测，可以获取非常高的信息感知精度，这是传统单一大型传感器所难以达到的；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错能力；通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；由于无线传感器网络具有自组织特点，当某一节点发生故障或失效时，其功能可迅速由其他节点替代承担。因此，虽然单一传感器节点的可靠性比较低，但作为一个系统整体，无线传感器网络可以获取非常高的可靠性。

    （3）普适泛在

    无线传感网络中部署大量集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点，它们通过自组织的方式构成网络，利用节点中内置的功能各异、形式多样的传感器对周边环境中的热、红外、雷达等信号进行实时的协作感知，从而探测到光强、湿度、温度和噪声等许多物理现象。这些特点决定了无线传感网络将会是泛在普适环境的核心组成部分，成为普适计算中“无所不在的感知”的基础平台。能够与物理世界紧密耦合是无线传感网络的一大优势。

    （4）高度自治

    与传统的无线网络不同，无线传感网络没有固定的基础设施，网络中节点之间的地位是平等的，都具备数据采集和无线路由的功能，而且节点之间自组成网，相互协作。在实际应用中，由于节点的高故障率、休眠机制等因素会导致无线传感网络的拓扑动态变化。因此，为了使网络高效有序地运行，无线传感网络应具有很强的自适应和自治能力。

    （5）经济性好

    无线传感网络利用无线传输代替了传统的线缆传输，从很大程度上降低了系统的建设成本。其次，随着半导体技术、计算机技术和微系统技术的迅猛发展以及无线传感网络的广泛应用，单一传感器节点的造价将会越来越低。因此，与传统的无线网络相比，无线传感网络在经济适用上的优势将越来越明显。