無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)期末復(fù)習(xí)考點(diǎn)總結(jié)

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

2、擴(kuò)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(diǎn)組成（4）：感知、處理、通信、電池模塊 2.匯聚節(jié)點(diǎn)的作用：（1）向傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)；好處：（1）降低通信能耗（2）平衡節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載，并提高可拓展性（3）在簇頭進(jìn)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(fù)責(zé)提供各種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，包括查詢發(fā)送、節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步、網(wǎng)絡(luò)安全；傳輸層：負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)間端到端的可靠、透明傳輸，包括擁塞控制和

3、差錯(cuò)控制；網(wǎng)絡(luò)層：為傳感器節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)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(cè)、媒體接入、差錯(cuò)校驗(yàn)，提供點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)的可靠傳輸，其中主要的是媒體訪問控制（MAC）和差錯(cuò)控制（前向糾錯(cuò)FEC、自動(dòng)重傳請(qǐng)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(hào)，并進(jìn)行收發(fā)。 5.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：可擴(kuò)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(wú)線信道的使用方式，用來(lái)在傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)：盡量節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量、可擴(kuò)展性、公平性（均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗）、傳輸效率高。

4、 3.分類：（1）競(jìng)爭(zhēng)型MAC：SMAC、TMAC、Sift、WiseMAC（2）非競(jìng)爭(zhēng)型：DEANA、SMACS、DE-MAC、TRAMA（3）混合型：ZMAC、Funneling-MAC 4.設(shè)計(jì)目標(biāo)：提高能量效率、可擴(kuò)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(jī)制；消息沖突與串音避免機(jī)制；長(zhǎng)消息傳遞機(jī)制 第四章 路由協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)層）1.特點(diǎn)：節(jié)能優(yōu)先、多對(duì)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(dòng)性、基于位置、基于機(jī)會(huì)、以數(shù)據(jù)為中心

5、的路由協(xié)議 3.設(shè)計(jì)目標(biāo)：能量效率、可擴(kuò)展性、自適應(yīng)性、魯棒性 4LEACH：（1）創(chuàng)建階段-分簇：各節(jié)點(diǎn)首先在01之間產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，如果小于門限值（ ）則成為簇頭。P為節(jié)點(diǎn)百分比，r為輪數(shù)。所有節(jié)點(diǎn)都當(dāng)過(guò)為一輪，當(dāng)過(guò)就不能再當(dāng)了；簇頭用CSMA廣播，強(qiáng)度，分簇（2）穩(wěn)態(tài)階段-發(fā)送數(shù)據(jù)：簇內(nèi)-TDMA，簇頭對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)用CDMA直接傳送。特點(diǎn)：均衡負(fù)載、數(shù)據(jù)融合、休眠降耗、減少?zèng)_突。不足：分簇不均、隨機(jī)變化、直接傳送、未考慮位置和剩余能量、帶寬資源浪費(fèi)。 第五章 傳輸協(xié)議（傳輸層）1.特點(diǎn)：節(jié)能優(yōu)先、多對(duì)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(wú)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(shí)現(xiàn)都由網(wǎng)絡(luò)的端點(diǎn)負(fù)責(zé)，中間節(jié)點(diǎn)僅負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)；而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)可能要根據(jù)應(yīng)用的需求進(jìn)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(wú)線中的丟包可能由于鏈路傳輸差錯(cuò)、碰撞等原因引起，并具有隨機(jī)性（3）TCP要求每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址；而無(wú)線一般大規(guī)模部署，且節(jié)點(diǎn)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(jī)制，過(guò)程復(fù)雜，不適合能量有限和要求實(shí)時(shí)傳輸?shù)臒o(wú)線（5）TCP要求可靠傳輸，即保證源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的每個(gè)數(shù)據(jù)包成功傳到目的節(jié)點(diǎn)；而無(wú)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(wú)線中的一般較小，TCP中的確認(rèn)反饋和重傳會(huì)造成較大的開銷 3.設(shè)計(jì)目標(biāo)：能量效率、傳輸可靠、可擴(kuò)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(duì)各節(jié)點(diǎn)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?fù)洌Q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(cè)：基于緩沖區(qū)占有率、信道采樣、包間隔、丟包率、負(fù)載（流量）強(qiáng)度、數(shù)據(jù)逼真度的檢測(cè)；（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(jī)制（檢測(cè)、反饋、重傳）：ACK（每接一個(gè)反饋一個(gè)）、NAC

8、K（丟失才反饋）、IACK（監(jiān)聽下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)）；B冗余傳輸機(jī)制：多次發(fā)送同一個(gè)數(shù)據(jù)包，可以通過(guò)多路徑到同一匯聚節(jié)點(diǎn)，也可以傳輸?shù)讲煌膮R聚節(jié)點(diǎn)；C速率控制機(jī)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(cè)：采樣監(jiān)測(cè)信道，運(yùn)用當(dāng)前與以往的信道載荷狀態(tài)信息、當(dāng)前緩存器緩存信息量來(lái)推斷每個(gè)接收機(jī)的精確擁塞檢測(cè)，一旦檢測(cè)到擁塞，則節(jié)點(diǎn)運(yùn)用反壓機(jī)制向上一相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送信令。（2）開環(huán)逐跳反壓：在CODA中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只要檢測(cè)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(diǎn)傳遞。節(jié)點(diǎn)接收到反壓消息后就可以根據(jù)本地?fù)砣呗越档推浒l(fā)送速率或者丟包。上行節(jié)點(diǎn)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(dāng)源節(jié)點(diǎn)事件速率小于信道最大理論吞吐量的一定百分比時(shí)，源節(jié)點(diǎn)自行調(diào)整。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)生擁塞，就觸發(fā)閉環(huán)擁塞控制，信源進(jìn)入接收端調(diào)整。信源接收到的ACKs作為時(shí)鐘自調(diào)機(jī)制，允許信源維持其當(dāng)前速率。如果沒有接收到ACK，則降低信源速率。 第六章 時(shí)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(diǎn)有效地協(xié)同工作，需要實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步（2）節(jié)能需求：為了傳感器節(jié)點(diǎn)能夠在時(shí)間上同步進(jìn)入休眠或喚醒，從而節(jié)能的同時(shí)不影響正常工作 2.時(shí)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(jī)漂移；時(shí)鐘偏移：時(shí)鐘初始值之間的差 3.時(shí)

10、鐘同步：使網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)在相同時(shí)刻時(shí)鐘相等。（準(zhǔn)確的：和理想時(shí)鐘一致；精確的：變化率和理想時(shí)鐘的變化率相等；同步的：在同一時(shí)刻時(shí)鐘相等） 4.策略偏移補(bǔ)償：周期性補(bǔ)償相對(duì)時(shí)鐘偏移量；漂移補(bǔ)償：估算出相對(duì)時(shí)鐘漂移量，并補(bǔ)償 5.TPSN：節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，它與外界通信獲取外界時(shí)間，以此作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時(shí)鐘源；將節(jié)點(diǎn)分級(jí)后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同上一級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，最終與根節(jié)點(diǎn)同步；節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的同步采用發(fā)送者-接收者同步機(jī)制（RBS）（T2=T1 + + d,T4=T3 - + d，計(jì)算偏移和傳播時(shí)延） 第七章 拓?fù)淇刂萍夹g(shù)1.概念：合理地調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)處理和傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 2.必要性A提高能量效率：均衡節(jié)點(diǎn)負(fù)載；B通信效率：減小節(jié)點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)度的功率控制算法（LMA、LMN）：通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)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(diǎn)處于最大發(fā)射功率狀態(tài)下形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥鳛閳DG，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(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)離自己最遠(yuǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(guò)以相鄰的相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)的平均值作為自己的相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù) 6.基于層次結(jié)構(gòu)的拓?fù)淇刂疲悍执貋?lái)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥赃m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(shí)，廣

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

14、信號(hào)強(qiáng)度（RSS）：Pr =Pt / ra，a是傳播因子 4.質(zhì)心算法：連通指標(biāo)Ci =Nr/Ns*100% (Nr接收數(shù)，Ns發(fā)送數(shù))，計(jì)算時(shí)間Tl = (S+1e)*T (S信標(biāo)發(fā)送數(shù)量，T發(fā)送周期)，大于門限值則認(rèn)為和該信標(biāo)連通。對(duì)所有連通的信標(biāo)的坐標(biāo)求平均則為“質(zhì)心”。 5.DV-Hop算法：（1）信標(biāo)泛洪廣播信標(biāo)消息（含標(biāo)識(shí)、位置、條數(shù)），直到每個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得和每個(gè)信標(biāo)之間的信息（同一信標(biāo)的消息，只記錄條數(shù)最小的）；（2）信標(biāo)利用和其他信標(biāo)之間的最小條數(shù)、距離計(jì)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(diǎn)只接受第一個(gè)；（3）節(jié)點(diǎn)獲得至少三個(gè)信標(biāo)的估計(jì)距離后利用三遍測(cè)距法算

15、坐標(biāo)。 6.位置計(jì)算：三遍測(cè)量法、三角測(cè)量法、最大似然估計(jì)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(zhǔn)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(jì)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(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)1.特征：除了具備自組織性、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、以數(shù)據(jù)為中心、應(yīng)用相關(guān)性等無(wú)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(qiáng)：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(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)能力(采集、處理、存儲(chǔ)、收發(fā)、能量供應(yīng)等方面)都有顯著增強(qiáng)。 （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(hào)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(jiǎn)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(shí)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)：?jiǎn)螌油瑯?gòu)網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)單一、地位平等），單層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)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(jí)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(wú)線涉及大數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)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(lái)看，對(duì)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(cè)同一目標(biāo)的兩部攝像機(jī)常常在地理上是不相鄰的，因此在拓?fù)渖弦彩遣幌噜彽?。這種感知特性對(duì)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(jì)產(chǎn)生很大影響。（3）信源編碼技術(shù)：對(duì)于壓縮多媒體數(shù)據(jù)量、保證視頻和音頻信號(hào)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(cè)題： 1.SMAC與802.11的區(qū)別：（1）SMAC的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)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(kuò)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(zhǎng)消息傳遞上，SMAC只使用一個(gè)RTS和CTS為所有的短數(shù)據(jù)包預(yù)約信道；而802.11在每個(gè)數(shù)據(jù)包競(jìng)爭(zhēng)信道時(shí)都需要RTS/CTS。（3）SMAC中每個(gè)短數(shù)據(jù)包或ACK消息都包含一個(gè)時(shí)間域，用來(lái)指示發(fā)送剩余數(shù)據(jù)包或ACK消息所需的時(shí)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(diǎn)選擇法：（1）利用傳輸范圍確定S的相鄰節(jié)點(diǎn)；（2）在相鄰節(jié)點(diǎn)中找出比S距離目的