無線傳感器網(wǎng)絡(luò)期末復(fù)習(xí)考點總結(jié)

1、第一章 概述1.無線傳感器的概念：一種由大量的微型傳感器節(jié)點組成的面向任務(wù)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 2.與傳統(tǒng)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)（特征）類似：自組織性、分布式控制、拓撲動態(tài)性；區(qū)別：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、節(jié)點能力受限、節(jié)點可靠性差、以數(shù)據(jù)為中心、多對一傳輸模式、冗余度高、面向任務(wù)。 3.開發(fā)用的硬件平臺嵌入式個人計算機：PDA；專用傳感器節(jié)點：Berkeley Motes（廣泛）、UCLA Medusa、MIT uAMP；片上系統(tǒng)節(jié)點：Smart Dust、BWRC PicoNode 4.軟件平臺：TinyOS（最早）、nesC、TinyGALS、Mote等 5.設(shè)計目標：體積小、成本低、功耗低、自組織、可

2、擴展、自適應(yīng)、可靠、安全、（帶寬）資源利用率高、服務(wù)質(zhì)量高。 第二章 體系結(jié)構(gòu)1.節(jié)點組成（4）：感知、處理、通信、電池模塊 2.匯聚節(jié)點的作用：（1）向傳感器節(jié)點發(fā)送查詢消息或命令（2）作為聯(lián)接外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān) 3.多跳網(wǎng)絡(luò)分為平面結(jié)構(gòu)：所有傳感器節(jié)點地位相同、互為中繼；分層結(jié)構(gòu)：按簇組織，簇成員將數(shù)據(jù)發(fā)給簇頭，簇頭發(fā)給匯聚節(jié)點；好處：（1）降低通信能耗（2）平衡節(jié)點間的負載，并提高可拓展性（3）在簇頭進行數(shù)據(jù)融合，減少數(shù)據(jù)發(fā)送量，提高能亮效率 4.協(xié)議棧應(yīng)用層：負責(zé)提供各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，包括查詢發(fā)送、節(jié)點定位、時間同步、網(wǎng)絡(luò)安全；傳輸層：負責(zé)節(jié)點間端到端的可靠、透明傳輸，包括擁塞控制和

3、差錯控制；網(wǎng)絡(luò)層：為傳感器節(jié)點向匯聚節(jié)點發(fā)數(shù)據(jù)提供路由；數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)量的復(fù)用、數(shù)據(jù)幀的創(chuàng)建與檢測、媒體接入、差錯校驗，提供點到點或多點的可靠傳輸，其中主要的是媒體訪問控制（MAC）和差錯控制（前向糾錯FEC、自動重傳請求ARQ）；物理層：將數(shù)據(jù)鏈路層形成的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成適合在傳輸媒體上傳送的信號，并進行收發(fā)。 5.設(shè)計準則：可擴展、可互通、抗毀、可靠、安全、能量高效性。 第三章 MAC協(xié)議（數(shù)據(jù)鏈路層）1.作用：決定局部范圍內(nèi)無線信道的使用方式，用來在傳感器節(jié)點之間分配信道頻譜資源，建立數(shù)據(jù)傳輸所需的基礎(chǔ)通信鏈路 2.特點：盡量節(jié)省節(jié)點能量、可擴展性、公平性（均衡節(jié)點能量消耗）、傳輸效率高。

4、 3.分類：（1）競爭型MAC：SMAC、TMAC、Sift、WiseMAC（2）非競爭型：DEANA、SMACS、DE-MAC、TRAMA（3）混合型：ZMAC、Funneling-MAC 4.設(shè)計目標：提高能量效率、可擴展性、適應(yīng)性、信道利用率、吞吐量，降低傳輸遲延，保證公平性 5.SMAC周期性偵聽和休眠機制；消息沖突與串音避免機制；長消息傳遞機制 第四章 路由協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)層）1.特點：節(jié)能優(yōu)先、多對一傳輸、以數(shù)據(jù)為中心、應(yīng)用相關(guān) 2.分類（8）：平面、分層（LEACH、PEGASIS、TEEN）、基于能量（最優(yōu)能量效率的傳輸路徑）、基于多路徑、基于移動性、基于位置、基于機會、以數(shù)據(jù)為中心

5、的路由協(xié)議 3.設(shè)計目標：能量效率、可擴展性、自適應(yīng)性、魯棒性 4LEACH：（1）創(chuàng)建階段-分簇：各節(jié)點首先在01之間產(chǎn)生一個隨機數(shù)，如果小于門限值（ ）則成為簇頭。P為節(jié)點百分比，r為輪數(shù)。所有節(jié)點都當過為一輪，當過就不能再當了；簇頭用CSMA廣播，強度，分簇（2）穩(wěn)態(tài)階段-發(fā)送數(shù)據(jù)：簇內(nèi)-TDMA，簇頭對匯聚節(jié)點用CDMA直接傳送。特點：均衡負載、數(shù)據(jù)融合、休眠降耗、減少沖突。不足：分簇不均、隨機變化、直接傳送、未考慮位置和剩余能量、帶寬資源浪費。 第五章 傳輸協(xié)議（傳輸層）1.特點：節(jié)能優(yōu)先、多對一傳輸、以數(shù)據(jù)為中心、應(yīng)用相關(guān)性 2. TCP不適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原因：（1）TCP遵

6、循的原則是：一切功能實現(xiàn)都由網(wǎng)絡(luò)的端點負責(zé)，中間節(jié)點僅負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)；而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點可能要根據(jù)應(yīng)用的需求進行相關(guān)處理（2）TCP假設(shè)網(wǎng)絡(luò)鏈路是可靠的，數(shù)據(jù)丟失由路由器溢出造成或擁塞導(dǎo)致；而無線中的丟包可能由于鏈路傳輸差錯、碰撞等原因引起，并具有隨機性（3）TCP要求每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址；而無線一般大規(guī)模部署，且節(jié)點通常執(zhí)行同一任務(wù)，并不需要分配網(wǎng)絡(luò)地址（4）TCP建立和釋放鏈接采用握手機制，過程復(fù)雜，不適合能量有限和要求實時傳輸?shù)臒o線（5）TCP要求可靠傳輸，即保證源節(jié)點發(fā)出的每個數(shù)據(jù)包成功傳到目的節(jié)點；而無線面向應(yīng)用，只要傳輸足夠的數(shù)據(jù)即可（6）IP網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包一般較大，而

7、無線中的一般較小，TCP中的確認反饋和重傳會造成較大的開銷 3.設(shè)計目標：能量效率、傳輸可靠、可擴展、自適應(yīng)、服務(wù)質(zhì)量、公平性 4擁塞控制A擁塞避免：（1）速率分配：對各節(jié)點的發(fā)送速率分配和限制（2）傳輸控制：根據(jù)一些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（緩存、拓撲）決定是否轉(zhuǎn)發(fā)或確定轉(zhuǎn)發(fā)速率；B擁塞消除：（1）擁塞檢測：基于緩沖區(qū)占有率、信道采樣、包間隔、丟包率、負載（流量）強度、數(shù)據(jù)逼真度的檢測；（2）擁塞通知:顯示通知（控制包）和隱式通知（數(shù)據(jù)包捎帶）；（3）擁塞緩解：速率控制、流量控制（繞路、重定向）、數(shù)據(jù)處理（丟棄、壓縮、融合） 5.可靠傳輸A丟包恢復(fù)機制（檢測、反饋、重傳）：ACK（每接一個反饋一個）、NAC

8、K（丟失才反饋）、IACK（監(jiān)聽下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)確認）；B冗余傳輸機制：多次發(fā)送同一個數(shù)據(jù)包，可以通過多路徑到同一匯聚節(jié)點，也可以傳輸?shù)讲煌膮R聚節(jié)點；C速率控制機制：調(diào)節(jié)發(fā)送速率，避免和緩解擁塞。 6.CODA速率控制：（1）擁塞檢測：采樣監(jiān)測信道，運用當前與以往的信道載荷狀態(tài)信息、當前緩存器緩存信息量來推斷每個接收機的精確擁塞檢測，一旦檢測到擁塞，則節(jié)點運用反壓機制向上一相鄰節(jié)點發(fā)送信令。（2）開環(huán)逐跳反壓：在CODA中，一個節(jié)點只要檢測到擁塞就廣播一條反壓消息。反壓消息按上行方向朝源節(jié)點傳遞。節(jié)點接收到反壓消息后就可以根據(jù)本地擁塞策略降低其發(fā)送速率或者丟包。上行節(jié)點接收到反壓消息后，根據(jù)本地

9、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)確定是否需要繼續(xù)朝上行方向轉(zhuǎn)發(fā)該反壓消息。（3）閉環(huán)多源調(diào)整：當源節(jié)點事件速率小于信道最大理論吞吐量的一定百分比時，源節(jié)點自行調(diào)整。當源節(jié)點發(fā)生擁塞，就觸發(fā)閉環(huán)擁塞控制，信源進入接收端調(diào)整。信源接收到的ACKs作為時鐘自調(diào)機制，允許信源維持其當前速率。如果沒有接收到ACK，則降低信源速率。 第六章 時間同步技術(shù)1.必要性：（1）協(xié)作需求：為了使傳感器節(jié)點有效地協(xié)同工作，需要實現(xiàn)不同節(jié)點間的時間同步（2）節(jié)能需求：為了傳感器節(jié)點能夠在時間上同步進入休眠或喚醒，從而節(jié)能的同時不影響正常工作 2.時鐘漂移：由于外界因素的影響，晶體振蕩器的頻率產(chǎn)生隨機漂移；時鐘偏移：時鐘初始值之間的差 3.時

10、鐘同步：使網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點在相同時刻時鐘相等。（準確的：和理想時鐘一致；精確的：變化率和理想時鐘的變化率相等；同步的：在同一時刻時鐘相等） 4.策略偏移補償：周期性補償相對時鐘偏移量；漂移補償：估算出相對時鐘漂移量，并補償 5.TPSN：節(jié)點結(jié)構(gòu)中包含一個根節(jié)點，它與外界通信獲取外界時間，以此作為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時鐘源；將節(jié)點分級后，每個節(jié)點同上一級的一個節(jié)點進行時間同步，最終與根節(jié)點同步；節(jié)點對之間的同步采用發(fā)送者-接收者同步機制（RBS）（T2=T1 + + d,T4=T3 - + d，計算偏移和傳播時延） 第七章 拓撲控制技術(shù)1.概念：合理地調(diào)節(jié)節(jié)點的發(fā)射功率、休眠狀態(tài)，并根據(jù)一定的原則選擇合

11、適的節(jié)點處理和傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)。 2.必要性A提高能量效率：均衡節(jié)點負載；B通信效率：減小節(jié)點通信干擾；C協(xié)議效率：調(diào)節(jié)鏈接關(guān)系；D數(shù)據(jù)融合效率：選擇合適節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合；E可拓展性：建立分簇的層次結(jié)構(gòu)，有利于分布式控制的應(yīng)用；F可靠性：盡可能保證網(wǎng)絡(luò)的連通性和覆蓋度等。 3.基于節(jié)點度的功率控制算法（LMA、LMN）：通過動態(tài)地調(diào)節(jié)發(fā)射功率，使得節(jié)點度處于上下限之間；基于臨近圖的功率控制算法（DRNG、DLMST）：首先把節(jié)點處于最大發(fā)射功率狀態(tài)下形成的網(wǎng)絡(luò)拓撲作為圖G，然后按照一定的相鄰判別條件求出臨近圖G，最后臨近圖中的每個節(jié)點根據(jù)離自己最遠的相鄰節(jié)點的間距確定發(fā)射功率。 4.LM

12、A：初始以相同功率P0廣播LifeMsg（包含自身ID），應(yīng)答LifeAckMsg，以收到的LifeAckMsg數(shù)目為其相鄰節(jié)點度N；如N > Nmax則下輪功率P=maxBmin*P0 , Adec*1 P0*(N - Nmax)；如N < Nmin，則P=minBmax*P0 , Ainc*P0*(Nmin - N) 5.LMN:同LMA，不過以相鄰的相鄰節(jié)點數(shù)的平均值作為自己的相鄰節(jié)點數(shù) 6.基于層次結(jié)構(gòu)的拓撲控制：分簇來控制網(wǎng)絡(luò)拓撲自適應(yīng)分簇（GAF、LEACH）、分布式分簇（HEED、DWEHC） 7.GAF：根據(jù)地理位置和發(fā)射半徑劃分虛擬單元格；都在發(fā)現(xiàn)態(tài)，Td超時，廣

13、播聲明，抑制其他，成為簇頭；Ta（活動）、Ts（休眠）超時換到發(fā)現(xiàn)態(tài) 第八章 定位技術(shù) 1.必要性：A無線的許多應(yīng)用要求節(jié)點知道自身的位置信息，才能向用戶提供有用的監(jiān)測服務(wù)；B節(jié)點的位置信息可以用于目標定位、跟蹤和軌跡預(yù)測；C無線的一些網(wǎng)絡(luò)控制功能，如路由選擇、拓撲控制、安全控制等也需要傳感器節(jié)點的位置信息來提高控制效率。 2.節(jié)點定位：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中少數(shù)已知節(jié)點的位置信息確定其他節(jié)點的位置 3.測距技術(shù)：A基于到達時間（TOA）：已知傳播速度和時延，根據(jù)到達時間確定；B基于達到時間差（TODA）：發(fā)送兩種信號，d = c1*c2*(t2t1)/(c1-c2)；C基于到達角度（AOA）；D基于接收

14、信號強度（RSS）：Pr =Pt / ra，a是傳播因子 4.質(zhì)心算法：連通指標Ci =Nr/Ns*100% (Nr接收數(shù)，Ns發(fā)送數(shù))，計算時間Tl = (S+1e)*T (S信標發(fā)送數(shù)量，T發(fā)送周期)，大于門限值則認為和該信標連通。對所有連通的信標的坐標求平均則為“質(zhì)心”。 5.DV-Hop算法：（1）信標泛洪廣播信標消息（含標識、位置、條數(shù)），直到每個節(jié)點獲得和每個信標之間的信息（同一信標的消息，只記錄條數(shù)最小的）；（2）信標利用和其他信標之間的最小條數(shù)、距離計算自己的平均跳距（已知距離的和/最短跳數(shù)的和），并廣播，節(jié)點只接受第一個；（3）節(jié)點獲得至少三個信標的估計距離后利用三遍測距法算

15、坐標。 6.位置計算：三遍測量法、三角測量法、最大似然估計法 第九章 數(shù)據(jù)融合技術(shù)1.必要性：節(jié)省能量資源、帶寬資源、增加信息采集準確度、提高數(shù)據(jù)收集效率 2.數(shù)據(jù)融合的方法（7）：綜合平均、卡爾曼濾波、貝葉斯方法、統(tǒng)計決策法、模糊邏輯法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、壓縮感知法 第十章 無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)1.特征：除了具備自組織性、拓撲動態(tài)性、以數(shù)據(jù)為中心、應(yīng)用相關(guān)性等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特性外，還具有以下特性：（1）網(wǎng)絡(luò)能力增強：由于大數(shù)據(jù)量音頻、視頻、圖像等媒體的引入，多媒體傳感器節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)能力(采集、處理、存儲、收發(fā)、能量供應(yīng)等方面)都有顯著增強。 （2）感知媒體豐富：音頻、視頻、圖像、數(shù)值、文本以及控制信

16、號在內(nèi)的多種類型數(shù)據(jù)共存于多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中（3）處理任務(wù)復(fù)雜：傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)格式單一、信息量少，因而處理簡單。而多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)信息豐富且格式復(fù)雜，我們可利用壓縮、識別、融合等多種處理以滿足多樣化應(yīng)用需求。 2.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：單層同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點單一、地位平等），單層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點多樣，地位平等），多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（由單層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)） 3.關(guān)鍵技術(shù)：（1）組網(wǎng)與傳輸技術(shù)：從組網(wǎng)看，無線涉及大數(shù)據(jù)量的實時傳輸，需要網(wǎng)絡(luò)提供可控的服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)，具體包括支持多媒體流、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)特性和質(zhì)量服務(wù)要求的路由協(xié)議；支持服務(wù)質(zhì)量的MAC接入技術(shù)；支持可變服務(wù)質(zhì)量、節(jié)能與自適應(yīng)多媒體流的跨層組網(wǎng)技術(shù)。從傳

17、輸來看，對于傳輸帶寬和能量效率提出了更高的要求。（2）覆蓋于部署技術(shù)：視覺傳感器是有向的，從不同角度檢測同一目標的兩部攝像機常常在地理上是不相鄰的，因此在拓撲上也是不相鄰的。這種感知特性對面向視聽協(xié)同感知的多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋理論和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計產(chǎn)生很大影響。（3）信源編碼技術(shù)：對于壓縮多媒體數(shù)據(jù)量、保證視頻和音頻信號的質(zhì)量起到很大作用，要求高壓縮率、低復(fù)雜度、高可靠性、可變速率。 預(yù)測題： 1.SMAC與802.11的區(qū)別：（1）SMAC的主要設(shè)計目標是提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率，并提高大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所需的可擴展性；而這些都是802.11沒有解決的，它不考慮節(jié)能的問題。（2）在長消息傳遞上，SMAC只使用一個RTS和CTS為所有的短數(shù)據(jù)包預(yù)約信道；而802.11在每個數(shù)據(jù)包競爭信道時都需要RTS/CTS。（3）SMAC中每個短數(shù)據(jù)包或ACK消息都包含一個時間域，用來指示發(fā)送剩余數(shù)據(jù)包或ACK消息所需的時間；在802.11中，每段數(shù)據(jù)只指示是否還有數(shù)據(jù)段存在。 2.P62，基于位置的最大剩余能量節(jié)點選擇法：（1）利用傳輸范圍確定S的相鄰節(jié)點；（2）在相鄰節(jié)點中找出比S距離目的