1.1 物联网与传感器

物联网得到广泛关注是国际电信联盟（International Telecomunication Union，ITU）在2005年11月突尼斯的信息社会世界峰会上，发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，提出了无所不在的“物联网”通信时代即将来临，从智能轮胎到智能房屋，所有的物体都将进入通信范围，尤其强调了传感器的重要性，表明物联网技术的发展依赖于从无线传感器到纳米技术的创新。

从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由RFID标签和读写器、各种传感器、红外感应器、激光扫描器、摄像头和GPS等感知终端组成，其主要功能是识别物体、采集信息。网络层由传感器网络网关、各种专用网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，其主要功能是传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，其主要功能是实现物联网的智能应用。

1.1.1 射频识别系统与传感器标签

物联网这个概念起源于射频识别系统。1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上，MIT Auto-ID中心的Ashton教授首先提出了结合物品编码、RFID和互联网技术的解决方案。当时基于互联网、RFID技术、电子产品编码（Electronic Product Code，EPC）标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，简称物联网。

射频识别系统由RFID标签和阅读器两部分组成。RFID标签的功能通常是身份识别，但将传感器嵌入到RFID标签内可提供常规标签不具备的侦测能力，即成为传感器标签。集成有传感器标签的射频识别系统不仅能识别物体的身份，而且能够侦测物体的温度、振动等变化的状态信息或环境信息，阅读距离可达10～100m。传感器标签从能源供给上分为无源标签、半无源标签和有源标签，已有商业化产品，用于物品运输、安防等环境监测，使用寿命达3年以上。

1.1.2 无线传感器网络与传感器节点

在物联网的概念提出之前，传感器网络已经在智能传感器的基础上得到发展。1993年9月，IEEE仪器和测量协会传感器通信技术委员会（TC9）在传感器会议和展览的委员会会议上，首次提出智能传感器通信接口标准。之后成立了相应的工作组，1997年开始陆续发布IEEE1451智能传感器接口标准。其中，IEEE1451.5即针对智能传感器无线组网，定义了无线协议和传感器电子数据表格式。

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的研究开始于20世纪70年代军事应用，如冷战时期的声音监测系统。美国国防先进研究计划局（Defence Advanced Research Projects Agency，DARPA）是WSN研究早期的主要推动者，1980年即启动了分布式传感器网络项目，其研究的重点是传感器节点。1996年，美国加州大学洛杉矶分校的William J Kaiser教授向DARPA提交了“低能耗无线集成微型传感器”研究建议书，对推动WSN研究有里程碑的意义。1998年Gregory.J.Pottie从网络研究的角度重新阐述了WSN的科学意义。1999年9月美国《商业周刊》将其列为21世纪最重要的21项技术之一。自2001年起，DARPA每年都投入千万美元进行WSN网络技术研究。WSN得到广泛关注是在2003年，当年2月美国《技术评论》杂志发布无线传感器网络被选为对未来生活产生深远影响的十大新兴技术之一，同年8月美国《商业周刊》的技术评论中将无线传感器网络定位成21世纪高技术领域的四大支柱型产业之一。

无线传感器网络通常包括多个传感器节点（Sensor Node）、汇聚节点（Sink Node）和管理节点。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，到达汇聚节点后通过互联网或卫星到达管理节点。传感器节点部署在监测区域或附近，能够通过自组织方式构成网络。汇聚节点有较强的处理能力、存储能力和通信能力，用于连接传感器网络与Internet等外部网络，它可以是增强功能的传感器节点或没有监测功能的特殊网关设备。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。