1.1 研究意义

随着传感器、无线通信技术、集成电路、嵌入式计算及微机电路等技术的发展和日趋成熟，推动了极具现代标志的无线传感器技术的发展。无线传感器技术在越来越多的领域中开始发挥其特有的无法替代的作用，如公共卫生、工业生产、环境研究、军事侦察、定位系统等。现在，无线传感器网络的应用主要依赖于节点的位置信息，位置信息对传感器网络的监测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所必须包含的重要信息，没有节点位置信息的监测信息是毫无意义的，无法发挥它应有的作用。如战场侦察、森林火灾监测、天然气管道监控等都需要节点的位置信息来实现其监测功能。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么地方发生特殊事件”，实现对外部目标的定位和追踪[1]。除此之外，传感器节点定位还可以进行目标跟踪，实时监测目标的行动路线，预测目标的前进轨迹；辅助路由，提高路由效率；进行网络管理，利用节点传回的位置信息构建网络拓扑图，并实时统计网络覆盖情况，以对节点密度低的区域采取必要的措施，等等。随着无线传感器网络技术在人们日常生活中的重要性越来越大，人们对无线传感器网络技术的要求越来越高，研究和发展无线传感器网络技术已经成为一种历史的必然且意义重大。

1.2 无线传感器网络简介

1.2.1 无线传感器网络概述

无线传感器网络是由微电子技术、片上系统和无线通信技术高度集成而生成的一种新型的数据接收和处理模式，是21世纪最重要的技术之一。无线传感器中涉及了多个学科的高度交叉、知识高度集成的前沿研究热点领域，目前已经受到多个国家、多个领域的高度重视。．它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术、微机技术等[2]，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，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三元世界的连通。

1.2.2 无线传感器网络结构

典型的传感器网络系统主要包括传感器网络节点、接收发送器、互联网和用户界面等[2]。其中，传感器网络节点又包括传感单元、处理单元、通信单元以及电源[3]。

图1.1  典型无线传感器网络结构示意图

1.2.3  无线传感器网络的特点与应用

无线传感器网络与我们常见的WLSN、蓝牙与移动梦网有较大的区别，无线传感器网络的主要特点有：

1.自组织自适应：传感器网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设备，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动的形成独立的网络。

2.多跳路由：由于射频器件的信号传播范围有限，一般在几十至几百米范围内，节点只能与它的邻居直接通信。

3.能量受限：移动节点依靠电池提供工作所需的能量，尽可能的降低系统功耗将是影响网络协议栈设计的一个关键因素。

无线传感器网络的应用范围很广，主要包括军事建设、工农业生产、环境监测、安全监控、智能交通这几个方面。无线传感器技术作为一种新兴技术，如今还未取得广泛的商业应用，但是在科研方面的许多成功应用的例子已经从不同方面揭示了无线传感器商业化应用的广阔前景[4]。