傳感器網絡的體系結構主要包括三方面，即傳感器網絡系統結構、節點結構和網絡協議棧。
(1)網絡系統結構
無線傳感器網絡是一種智能網絡，它由大量具有特定功能的傳感器節點組成，能夠通過自組織的方式進行信息采集和處理，利用無線通信相互傳遞信息，協同完成指定任務。通過傳感器網絡系統各部分相互協作地感知、收集和處理監測區域內感知對象的信息，并發送給用戶，人們可以直接感知物理世界，從而地改進了現有網絡的功能，并提高了人類認識世界的能力。
傳感器網絡通常包括三類節點，即傳感器節點、匯聚節點和管理節點。在實際應用中，大量傳感器節點一般被隨機部署在監測區域中，并通過自組織方式構成無線網絡。每個傳感器節點不僅負責監測數據的采集和發送，還負責數據的轉發。監測數據在各傳感器節點間被逐跳進行傳輸，經多跳路由后到達匯聚節點，期間可能被多個節點進行數據處理以提高信息的精度并降低冗余度。監測數據 后通過互聯網、衛星等到達管理節點。用戶也可以通過管理節點對傳感器網絡進行管理和控制，下達監測任務并收集監測數據。
傳感器節點一般是一個嵌入式系統，具有計算、存儲和通信能力，除作為網絡終端外，還兼具路由器的功能。傳感器節點不僅負責本地信息的收集和處理，還要作為中繼節點轉發和融合來自其它節點的數據，相互協同地完成一些網絡任務。受體積、成本和部署環境等因素的限制，傳感器節點的計算能力較弱，存儲容量較小，通信能力有限。
匯聚節點又稱為基站，具有較強的計算能力、存儲能力和通信能力。匯聚節點連接了傳感器網絡與外部網絡，它把傳感器節點收集到的信息轉發給外部網絡，同時把管理節點提交的監測任務發布給傳感器節點。匯聚節點可以被看作 節點，有足夠的能量供給和計算存儲資源。
(2)傳感器節點結構
傳感器節點通常包括四部分模塊：傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊。部分敏感部分采用傳感器外殼加以封裝保護。其中傳感器模塊負責監測區域內溫度、濕度、光線、聲音等信息的采集和將其進行數據轉換，它由傳感器和模數轉換單元組成；處理器模塊負責控制傳感器節點各部分的操作，存儲和處理本身以及來自其他節點的數據，通常需要包含一個操作系統，如MANTIS、TinyOS、SOS等；無線通信模塊用于節點間的無線通信，交換控制消息和收集發送采集數據；能量供應模塊的供電通常由微型電池提供，負責為節點提供運行所需的能量。
由于傳感器節點自身攜帶的電池能量有限，且部署區域環境一般比較復雜，因而通過電池 換和補充能量是不現實的。在傳感器節點的三大耗能模塊中，無線通信模塊消耗能量 多。在無線通信模塊具有的發送、接收、空閑和睡眠四種狀態中，發送狀態能耗 大。在空閑狀態，無線通信模塊進行無線偵聽，此時能耗和接收狀態相當，略少于發送狀態。而在睡眠狀態，由于通信模塊被關閉，此時能耗 少。所以，為了 使用能量以 大化網絡生命，在設計傳感器網絡協議時應考慮盡量減少不 的轉發和接收，無需通信時應使節點盡可能多的處于睡眠狀態。
(3)無線傳感器網絡協議棧
無線傳感器網絡的協議棧是在傳統開放系統互聯參考模型(OSI)的基礎上，結合傳感器網絡自身的特點和應用，進行細化和改進而的。典型的傳感器網絡協議棧構成主要由分層的網絡通信協議、網絡管理平臺以及應用支撐平臺三大部分組成。
其中分層的網絡通信協議與Internet網絡中的TCP/IP協議體系類似，由物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層五層組成。其中物理層負責選擇信道，調制信號和收發數據；數據鏈路層負責為網絡提供無差錯的數據傳輸鏈路；網絡層負責路由發現和選擇；傳輸層負責傳輸和控制數據，用于服務質量；應用層包括一系列的應用軟件，可以提供應用服務接口和網絡管理接口。
網絡管理平臺的主要功能有兩方面，一是對傳感器節點自身的管理，二是用戶對傳感器網絡的管理。它包括拓撲控制、服務質量管理、能量管理、 管理、移動管理、網絡管理等。應用支撐平臺包括基于監測任務的一系列應用層軟件，它是以分層網絡通信協議以及網絡管理平臺為基礎而建立的，通過應用服務接口和網絡管理接口為用戶提供與應用相關的支持。
