由分布在不同空间位置上的多个自治的协同监视，包括物理量（如温度、压力、形变、位移）、化学量（如重金属、化合物）和生物量（如血液、脑电波）等的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络系统，能够协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息。

对无线传感器网络的研究始于20世纪90年代。1996年，在美国国防部资助下，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校开展了开发低功耗无线传感器设备项目。同时，加利福尼亚大学伯克利分校发起了“智慧尘埃”项目，旨在研发微型化的传感器节点。1999年，美国《商业周刊》将传感器网络列为21世纪最具影响力的21项技术之一。美国陆军2001年就提出了“灵巧传感器网络通信”计划，其基本思想是：在战场上布设大量的传感器以收集和传输信息，并对相关原始数据进行过滤，然后把重要信息传送到各数据融合中心，将大量的信息集成为一幅战场全景图。美国英特尔公司在2002年10月24日发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”计划，宣称英特尔将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查以及行星探查等领域的应用。美国自然科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划，在加利福尼亚大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心，联合周边的加利福尼亚大学伯克利分校、南加利福尼亚大学等，展开“嵌入式智能传感器”的研究项目，支持相关基础理论的研究。2003年美国《技术评论》杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，传感器网络被列为第一。从2004年开始，美国所有著名院校几乎都有研究小组在从事传感器网络相关技术的研究，加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也加入了传感器网络研究的行列。

在现代意义上的无线传感器网络研究及其应用方面，中国与发达国家几乎同步启动，中国科学院系统的研究机构以及中国高等院校在国内较早开展了传感器网络的研究。2005年以后，开始有学者在传统无线传感器网络的基础上引入视频、音频和图像等多媒体信息感知功能，逐渐形成了这一领域的重要分支——无线多媒体传感器网络。

无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点等。大量传感器节点部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过因特网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据等。

WSN协议栈多采用5层协议：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，与以太网协议栈的5层协议相对应。物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体接入和差错控制；网络层主要负责路由生成与路由选择；传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。

协议栈还应包括能量管理、拓扑管理和任务管理3个平面，使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。能量管理平面管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量；拓扑管理平面检测并注册传感器节点，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；任务管理平面在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。

电气电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）IEEE802.15.4标准,属于物理层和介质访问控制层标准，由于IEEE组织在无线领域的影响力，以及芯片厂商的推动，已成为WSN的事实标准。

蜂舞协议（ZigBee），该标准在IEEE802.15.4之上，重点制定网络层、安全层和应用层的标准规范，先后推出了ZigBee 2004，ZigBee 2006，ZigBee 2007/ZigBee PRO等版本。此外，ZigBee联盟还制定了针对具体行业应用的规范，如智能家居、智能电网和消费类电子等领域，旨在实现统一的标准，使得不同厂家生产的设备相互之间能够通信。

①大规模。为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，可能达到成千上万，甚至更多。②资源受限。由于传感器节点受到体积、成本和功耗等制约，造成节点电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限。③自组织。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设施的地方，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的近邻关系预先也不知道，要求传感器节点具有自组织的能力，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。④动态性。传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：环境因素或电能耗尽造成的传感器节点故障或失效；环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；新节点的加入。这就要求传感器网络系统能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。⑤可靠性。WSN特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，节点可能工作在露天环境中，遭受日晒、风吹、雨淋，甚至遭到人或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。⑥以数据为中心。由于传感器节点随机部署，构成的传感器网络与节点编号之间的关系是完全动态的，表现为节点编号与节点位置没有必然联系。传感器网络是任务型的网络，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，而不是通知给某个确定编号的节点。网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。所以，通常说传感器网络是一个以数据为中心的网络。

无线传感器网络作为信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，关键技术如下。

对于无线的自组织传感器网络而言，网络拓扑控制具有特别重要的意义。通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和介质访问控制（medium access control，MAC）协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。所以，拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。

由于传感器节点的计算能力、存储能力、通信能量以及携带的能量都十分有限，其上运行的网络协议也不能太复杂。同时，每个节点只能获取局部网络的拓扑信息，网络拓扑结构与资源动态变化，这些都对网络协议提出了更高的要求。传感器网络协议研究的重点是网络层协议和数据链路层协议。网络层的路由协议决定监测信息的传输路径；数据链路层的介质访问控制协议用来构建底层的基础结构、控制传感器节点的通信过程和工作模式。

时间同步是需要协同工作的传感器网络系统的一个关键机制。研究者已提出多个时间同步机制，其中参考广播同步（reference broadcast synchronization，RBS）、微小/迷你同步（tiny/mini-sync）和传感器网络时间同步协议（time synchronization protocol for sensor network，TPSN）被认为是3个基本的同步机制。RBS机制是基于接收者-接收者的时钟同步；tiny/mini-sync假设节点的时钟漂移遵循线性变化，那么两个节点之间的时间偏移也是线性的，可通过交换时标分组来估计两个节点间的最优匹配偏移量；TPSN采用层次结构实现整个网络节点的时间同步。

确定事件发生的位置或采集数据的节点位置是传感器网络最基本的功能之一。为了提供有效的位置信息，随机部署的传感器节点须能够在布置后确定自身位置。由于传感器节点存在资源有限、随机部署、通信易受环境干扰甚至节点失效等特点，定位机制必须满足自组织性、健壮性、能量高效、分布式计算等要求。在传感器网络定位过程中，通常会使用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法确定节点位置。根据定位过程中是否实际测量节点间的距离或角度，把传感器网络中的定位分类为基于距离的定位和距离无关的定位。

传感器网络存在能量约束的问题。减少传输的数据量能够有效地节省能量，因此在从各个传感器节点收集数据的过程中，可利用节点的本地计算和存储能力进行数据融合，去除冗余信息，从而达到节省能量的目的。由于传感器节点的易失效性，传感器网络也需要数据融合技术对多份数据进行综合，提高信息的准确度。

从数据存储的角度看，传感器网络可被视为一种分布式数据库。以数据库的方法在传感器网络中进行数据管理，可以将存储在网络中的数据的逻辑视图与网络中的实现进行分离，使得传感器网络的用户只需要关心数据查询的逻辑结构，无须关心实现细节。虽然对网络所存储的数据进行抽象会在一定程度上影响执行效率，但可以显著增强传感器网络的易用性。

传感器节点是一个微型的嵌入式系统，携带非常有限的硬件资源，要求操作系统能够节能高效地使用其有限的内存、处理器和通信模块，且能够对各种特定应用提供最大的支持。在面向无线传感器网络的操作系统的支持下，多个应用可以并发地使用系统的有限资源。