無線傳感器網絡組網問題涉及到多個方面。 先，網絡體系結構是組網的 要問題，它決定著網絡的互連方式，物理拓撲結構，協(xié)議層次等一系列關鍵技術。另外，網絡的編址尋址和路由也是組網問題中的內容，針對特定的網絡架構和應用，應該有合適的編址尋址機制相對應。還有，無線傳感器網絡具有嚴苛的能量約束，能量效率始終是無線傳感器網絡面臨的核心問題和重大挑戰(zhàn)。通過合理的網絡部署來降低網絡的能耗也是組網問題的一個核心內容。
傳感器網絡的發(fā)展可以分為四個階段，不同的階段具有不同的網絡架構。 代傳感器網絡是由簡單模擬信號傳輸功能的傳感器組成的點到點輸出的測控系統(tǒng)。這種網絡結構簡單，只實現(xiàn)了信息的單向傳輸。 代傳感器網絡是由智能傳感器和現(xiàn)場控制站組成的測控網絡。傳感器與現(xiàn)場控制站間的信息依然是模擬信號，但現(xiàn)場控制站間的通信是數字化的。傳感器之間基本上沒有組網而是直接與控制站通信。第三代傳感器網絡是基于現(xiàn)場總線的架構。通過現(xiàn)場總線的全數字、雙向通信網絡，實現(xiàn)傳感器之間的組網與傳感信息的傳輸。到了第四代傳感器網絡，應用對測控系統(tǒng)要求不斷提高，一方面需要大量傳感器密集分布在監(jiān)控區(qū)域，另一方面，還需要傳感器之間能夠自組織組網，因此無線傳感器網絡就應運而生。傳感器節(jié)點之間采用無線通信，并且能夠根據自身位置和能量情況自組織組網。這種分布式傳感器網絡由于具有廣闊的應用前景，引起各國機構的廣泛關注，開展了如PicoRadio、WINS、SmartDust、μAMPS、SCADDS等許多關于無線傳感器網絡的研究計劃。無線傳感器網絡的網絡架構在發(fā)展過程中也出現(xiàn)了多種變化。
早期的無線傳感器網絡架構考慮的是部署在同一監(jiān)測區(qū)域的同一類型傳感節(jié)點之間的組網，可以分為平面組織結構和分層組織結構。平面組織結構中，所有節(jié)點地位平等，既采集數據又進行數據轉發(fā)，傳感數據通過多跳方式傳遞到Sink節(jié)點。此結構適合隨機部署的網絡。在分層組織結構中，傳感網根據需要劃分成簇，每個簇有一個簇頭，簇內節(jié)點將信息發(fā)給簇頭，簇頭節(jié)點之間構成上一層網絡，再將信息發(fā)給 高一層的網絡節(jié)點。這種分層組織結構可以支持大規(guī)模網絡。簇頭節(jié)點通常是從傳感節(jié)點之間選舉出來的，由于節(jié)點的能量有限，分層結構中通常具有節(jié)能的簇頭選舉算法，如LEACH算法等。簇內節(jié)點通信有單跳和多跳兩種方式。單跳方式中所有簇群成員節(jié)點直接與簇頭進行通信，但離簇頭較遠的節(jié)點將消耗較多的能量，多跳方式中成員節(jié)點與簇頭通信時可利用其他節(jié)點作為中繼節(jié)點與簇頭通信。節(jié)點在傳送自身的數據之外，還負責其他節(jié)點數據的轉發(fā)，也需要消耗一部分能量。典型的ZigBee無線傳感器網絡的組網架構采用的樹型結構組網，樹與樹之間類似于多個簇之間的通信。在分簇結構的基礎上，還出現(xiàn)了動態(tài)樹型結構。
從分層角度來看，傳統(tǒng)的無線傳感器網絡可以分為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。
(1)物理層
物理層提供傳感節(jié)點之間的物理傳輸介質。無線傳感器網絡的傳輸介質可以是無線、紅外或者光介質。無線傳感器網絡主要使用的是無線傳輸。
(2)數據鏈路層
USN架構中的數據鏈路層主要是負責傳感節(jié)點間數據幀檢測、多路復用、媒體接入和差錯控制。主要由媒體訪問控制(MAC)層協(xié)議實現(xiàn)。無線傳感器網絡中常用的MAC層協(xié)議有802.11、802.15.4等協(xié)議。
(3)網絡層
網絡層是負責實現(xiàn)傳感器網絡節(jié)點之間的組網和路由功能。在傳感器網絡環(huán)境中，能量的限制和冗余分布使得傳感器網絡的無線路由協(xié)議不同于傳統(tǒng)網絡中的路由協(xié)議。無線傳感器網絡的路由算法需要 多地考慮能耗問題和效率問題，因此網絡層需要的節(jié)能路由協(xié)議。除了在網絡層需要考慮節(jié)能策略以外，跨層設計方法也被廣泛研究。
另外，無線傳感器網絡以數據為中心的應用特點也要求路由協(xié)議能夠基于業(yè)務特性實現(xiàn)尋址和路由。傳統(tǒng)的基于地址的尋址方式并不適合在無線傳感器網絡中應用。比如在傳感器網絡中，用戶可能只關心某個區(qū)域的監(jiān)測數據而不是某個傳感節(jié)點的監(jiān)測數據，因此尋址策略上需要將節(jié)點尋址轉換到區(qū)域尋址上來。以數據為中心的特性還體現(xiàn)在數據的融合處理上，在傳感器網絡中，設計的以數據為中心的路由協(xié)議，可以 地支持數據的融合處理，這對于大規(guī)模傳感網絡的海量數據傳輸重要。
(4)傳輸層
傳輸層用來實現(xiàn)傳感節(jié)點之間的端到端傳輸。無線傳感器節(jié)點成本低，因此節(jié)點的計算資源和存儲資源都有限，而且通常數據傳輸量并不是很大。因此在傳感器網絡中是否 需要傳輸層是一個問題。傳統(tǒng)網絡中的傳輸控制協(xié)議(TCP)是基于全局地址的端到端傳輸協(xié)議，在實現(xiàn)數據傳輸過程中需要建立連接而占用節(jié)點 多地資源，對于資源有限的傳感節(jié)點來說要求較高，因此適合于傳感器網絡的傳輸層協(xié)議應該 類似于UDP這種無連接的傳輸協(xié)議。
(5)應用層
無線傳感器網絡的應用層協(xié)議和具體的應用相關。除了可以支持在互聯(lián)網中的常用應用協(xié)議外，傳感網絡中的應用協(xié)議往往和底層采用的協(xié)議密切相關。比如無線傳感器網絡中廣泛應用的ZigBee協(xié)議，就從物理層到應用層都有相應的標準。
隨著無線傳感網的發(fā)展，網絡規(guī)模越來越大，傳感網的種類也越來越多，需要網絡架構能支持異構網絡的組網。物聯(lián)網的出現(xiàn)使得這一要求 加迫切。
