3．无线传感网络：信息采集的保障
随着信息时代的到来，传感器技术成为了获取数据和信息的最重要方法，而无限传感网络更是成为了物联网系统的核心组成部分，它实现了信息的采集、分析和传输三大功能，与计算机技术和通信技术共称为信息技术的三大支柱。
无线传感网络的官方定义为：“由大量无处不在的、具有通信与计算能力的微小传感器节点，密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的自治测控网络系统。”由定义可以知道，无线网络可以由大量静止或移动的传感器组成，而节点是其基本结构，整个无限传感网络由传感器节点、网关节点、传输网络和远程监控中心四个基础节点组成。
传感器节点是一个小型的嵌入式系统，它是传感网最基础的平台，由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成。其硬件结构图如下：
图2-3-1 传感器节点的硬件结构
其中，传感器模块由传感器和转换器组成，负责感知被监控对象的数据信息。处理器模块包括处理器和存储器，负责存储采集信息并控制整个传感网络节点的工作。无线通信模块就像一个收发装置，负责完成节点间的通信工作。而能源供应模块就是一个小型的电池，负责各节点的能源供给。
网关节点又叫汇聚节点，就是将众多的传感器节点所监测到的数据进行汇总，再通过传输网络传送到控制服务器，是传感网与互联网的连接纽带。由于传输需要，该节点无论是处理能力、通信能力还是存储能力都较传感器节点要强。
传输网络和远程监控中心的结构较简单，传输网络负责传感器与监控服务器之间，以及传感器之间的互传信息，并建立合适的通信路径。而远程监控中心则是对无线传感器网络进行管理和配置，并发布测控任务。
无线传感网络的各个节点协同操作，不仅可以探测磁场、地震、温度、光照度、噪音、物体的各项属性，还能在航空、军事、救灾、环境保护、医疗等应用领域发挥重要作用。当然，完成这些复杂的工作还需要技术的支持，经简略划分，无线传感网络主要用到以下关键技术：
第一，定位技术。为实现秘密检测，无线传感网络系统的体积通常都很小，这导致其内部资源和能量的储存量较少。因此，无限传感网的定位技术必须具有灵活、低复杂度算法、高鲁棒性等特点，以便延长网络寿命，减少能源消耗。
第二，数据融合技术。在无线传感网络的应用中，每个传感器都能采集到大量的数据和信息，有用户需要的数据，也有不需要冗余信息。这时候，就需要数据融合技术将采集到的数据进行分析处理，整合出更加符合用户需求的高效信息。该技术优势主要体现在以下几个方面：
（1）节省能量。很多时候，相邻的两个传感器之间所采集的数据非常相近，如果将这些冗余的数据全部传输，无疑会增加传输网络的负担，损耗更多的能源，所以要依靠数据融合来清理重复的数据信息。
（2）信息获取准确。传感网络周围的环境千遍万化，传感器节点所采集的数据也未必准确，通过对某一区域的所有传感节点进行数据融合，有利于获取更加可靠的信息。
（3）能提高数据收集速度。在无线传感网络中，数据传输通道的大小使固定的，数据融合之后，体积变小，减少了传输延迟，在一定程度上提高了数据收集的效率。
第三，QoS建设技术。QoS在上文提到过，是一种保障网络服务质量，解决网络堵塞和延迟的一种核心技术，无线传感网络中的QoS，会根据用户具体应用的不同，结合其网络特征完成设计。目前，QoS技术的目标是实现带宽的最优化利用、能源使用的最低化和QoS的最合理控制。
第四，同步管理技术。在传统的无线网络中，主要考虑的还是时间同步，如网络时间协议（NTP）就可以解决全局时间同步的问题。在无限传感网络的应用中，时间同步也是最重要的，难点是每个传感器都有自己的本地时钟，不同节点的频率不尽相同，而且还受到温度和磁场的影响。这时候，就需要时间同步管理机制为传感网中的所有节点提供相同的时间标准，而结合无线传感网络的体积特点，时间同步设备必须要在大小、成本、能耗方面控制得相当到位。
第五，网络安全技术。无线传感网络的无线传输通道相对于有线传输通道有其局限性，那就是安全系数低，很容易意被黑客窃取数据，或进行信息篡改、恶意攻击。而无线传感网络又不能像其他网络那样设计空间复杂度大的密匙，因为其计算能力和存储能力都无法达到。所以，在设计无限传感网络的安全系统时，必须要考虑安全管理、点对点消息认证、完整性鉴别、能量有限性等问题。目前，最常用的安全系统是基于块加密和定制流加密的RC4/6等算法。
第六，无线通信网络技术。无线传感网络不光有其自组织性，而且是通过多个节点的多跳通信，这使得无线通信技术成为了区别于其他通信技术的全新研究领域。此外，无线通信网络的优劣在一定程度上决定了无线传感网络应用的成与败。
第七，嵌入式实时系统软件技术。无线传感器的各个节点就是嵌入式系统，同时，传感器各节点的信息采集等功能要求整个网络系统要对外部的事件进行实时反应。所以，无线传感网络节点的设计既要满足嵌入式系统的要求，又要有实时系统的特性。