無線傳感器總結(jié)復(fù)習(xí)資料0學(xué)生

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程總結(jié)1、現(xiàn)代信息科學(xué)的六個(gè)組成部分信息的生成、獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理及其應(yīng)用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分2、WSN勺定義大規(guī)模、無線、自組織、多跳、無分區(qū)、無基礎(chǔ)設(shè)施支持的網(wǎng)絡(luò)， 其中的節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)的、 成本較低、體積較小、大部分節(jié)點(diǎn)不移動(dòng)、被隨意撒布在工作區(qū)域，要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有盡 可能長(zhǎng)的工作時(shí)間。3、WSND Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別不同點(diǎn)：(1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作模式各不相同。Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化。WSN:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是靜態(tài)的。(2) 工作模式不同。WSN:多對(duì)一 (Many-to-0ne)通信，節(jié)點(diǎn)之間幾乎不會(huì)發(fā)生消息交換。以數(shù)據(jù)為中心(Data Cen

2、tric ),與組播正好相反Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)之間都有通信的可能。相同點(diǎn)(補(bǔ)充)：基本不需要人的干預(yù)，大部分工作是以自組織的方式完成的，二者統(tǒng)稱為自 組織網(wǎng)絡(luò)(Self-Organization Networks )。二者的研究都是追求低功耗的自組織網(wǎng)絡(luò) 設(shè)計(jì)。4、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)(1) 傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目大，密度高，采用空間位置尋址(2) 傳感器接點(diǎn)的能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力有限(能量、計(jì)算存儲(chǔ)低、關(guān)鍵在有效簡(jiǎn) 單的路由協(xié)議)(3) 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易變化，有自組織能力(與傳統(tǒng)的有不同的特點(diǎn)和技術(shù)要 求:它根據(jù)需要可以在工作和休眠之間切換，因此網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容易發(fā)生變化

3、，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重在QoS和更大的寬帶保證，并且是靜止的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)省能量，保證連通性和延長(zhǎng)運(yùn)行壽命)(4) 傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)融合能力(與Mesh網(wǎng)絡(luò)區(qū)別，數(shù)據(jù)小，移動(dòng)，重能源。與無線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)比數(shù)量多、密度大、易受損、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁、廣播式點(diǎn)對(duì)多通信、 節(jié)點(diǎn)能量、 計(jì)算能力受限。)5、路由兩個(gè)基本功能：確定最佳路徑和通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息6、wsr路由協(xié)議的基本概念WSN路由協(xié)議是一套將數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的機(jī)制7、內(nèi)爆和重疊現(xiàn)象的解釋(做圖)內(nèi)爆(Implosion):節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，不管其是否收到 過相同的(將同一個(gè)數(shù)據(jù)包多次 轉(zhuǎn)發(fā)給同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象就是內(nèi) 爆)(左

4、圖)重疊(Overlap):感知節(jié)點(diǎn)感知區(qū) 域有重疊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余(右圖)8、SPIN協(xié)議的三步握手協(xié)議，并解釋（1）節(jié)點(diǎn)A有新數(shù)據(jù)，通過ADV發(fā)布新數(shù)據(jù)信息， 使用元數(shù)據(jù)（2）B節(jié)點(diǎn)收到ADV后，發(fā)現(xiàn)自己沒有該數(shù)據(jù)， 通過REQ向A請(qǐng)求新數(shù)據(jù)（3）A節(jié)點(diǎn)向B節(jié)點(diǎn)傳送源數(shù)據(jù)（4）B節(jié)點(diǎn)融合新數(shù)據(jù)，并通過 ADV發(fā)布新數(shù)據(jù) 消息DATA（5）如果節(jié)點(diǎn)ADV中描述的數(shù)據(jù)的副本就忽略該 消息SPIN協(xié)議采用三次握手協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，協(xié)議運(yùn)行過程中使用三種報(bào)文數(shù)據(jù)：ADV REQ和 DATA ADV用于數(shù)據(jù)的廣播，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)可以共享時(shí)，可以用ADV數(shù)據(jù)包通知其鄰居節(jié)點(diǎn)；REQ用于發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)

5、某一個(gè)收到ADV的節(jié)點(diǎn)希望收到 DATA數(shù)據(jù)包時(shí)， 發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包；DATA為原始感知數(shù)據(jù)包，里面裝載了原始感知數(shù)據(jù)。9、SPIN協(xié)議的協(xié)商通過元數(shù)據(jù)來解決元數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)的抽象描述，一種對(duì)源數(shù)據(jù)的一個(gè)映射，比源數(shù)據(jù)短（數(shù)據(jù)壓縮）（1）元數(shù)據(jù)描述實(shí)數(shù)據(jù)（2 ）元數(shù)據(jù)與時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)避免傳輸冗余數(shù)據(jù)10、DD協(xié)議的三個(gè)階段-興趣擴(kuò)散、梯度建立和路徑加強(qiáng)（會(huì)畫圖）匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢消息興趣消息：任務(wù)性質(zhì)、數(shù)據(jù)采集 /發(fā)送數(shù)率、時(shí)間戳等中間節(jié)點(diǎn)：記錄、轉(zhuǎn)發(fā)mb WE 能(b hfi f L 3Id山I鍛鳥戸梯度：表示了數(shù)據(jù)的傳輸方向11、LEACH協(xié)議經(jīng)過2個(gè)階段（簇頭建立和數(shù)據(jù)傳輸） 網(wǎng)絡(luò)按照周期

6、工作，每個(gè)周期分為兩個(gè)階段：（1） 簇頭建立階段：節(jié)點(diǎn)運(yùn)行算法，確定本次自己是否成為簇頭；簇頭節(jié)點(diǎn)廣播自己成為簇頭的事實(shí)；其他非簇頭節(jié)點(diǎn)按照信號(hào)強(qiáng)弱選擇應(yīng)該加入的簇頭，并通知該簇頭節(jié)點(diǎn);簇頭節(jié)點(diǎn)按照TDMA勺調(diào)度，給依附于他的節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間片；（2）數(shù)據(jù)傳輸階段：節(jié)點(diǎn)在分配給它的時(shí)間片上發(fā)送數(shù)據(jù)。12、LEACH協(xié)議的基本思想網(wǎng)絡(luò)周期性地隨機(jī)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，其他的非簇頭節(jié)點(diǎn)以就近原則加入相應(yīng)的簇頭，形成虛擬簇，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)將感知到的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給簇頭，由簇頭轉(zhuǎn)發(fā)給Sink節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)可以將本簇內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間， 并且實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的能耗平衡。13、LEACP協(xié)

7、議的簇頭選擇的策略每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)選擇0,1之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，如果選定的值小于某一個(gè)閾值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)，計(jì)算如下：k力口 n GN krmOdn/k） 如n GT （n）o其它情況N表示網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，k為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)，r為已完成的回合數(shù)，G為網(wǎng)絡(luò)生存期總的回合數(shù)。一個(gè)回合表示一個(gè)周期，分為兩個(gè)階段：簇的建立和穩(wěn)定的數(shù) 據(jù)傳輸階段。14、 ZigBee技術(shù)定義：ZigBee是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的雙 向無線通訊技術(shù)，是一組基于無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟 件方面的技術(shù)。15、 ZigBee可工作在 2.4GHz的ISM頻段、歐洲

8、的 868MHz和美國(guó)的 915 MHz 3個(gè)頻段上， 分別具有最高250kbit/s 、20kbit/s 和40kbit/s 的傳輸速率。 不同頻段可使用的信道分別 是16、1、10個(gè)，在中國(guó)采用 2.4G頻段，是免申請(qǐng)和免使用費(fèi)的頻率16、ZigBee的兩類地址：（1）IEEE物理地址：每個(gè) ZigBee設(shè)備都有一個(gè) 64位的IEEE長(zhǎng)地址，即 MAC地址。物理 地址是在出廠時(shí)候初始化的。它是全球唯一的。（2 ）網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)地址也稱短地址，通常用16位的短地址來標(biāo)識(shí)自身和識(shí)別對(duì)方，對(duì)于協(xié)調(diào)器來說，短地址始終為0x0000，對(duì)于路由器和節(jié)點(diǎn)來說，短地址由其所在網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器分配。17、（ 1

9、）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括 4類基本實(shí)體對(duì)象：目標(biāo)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)。（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)一般由4部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊、處理控制模塊、無線通信模塊（能量消耗的主要集中部分）、能量供應(yīng)模塊。（3）無線傳感器節(jié)點(diǎn)的基本功能：采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、控制和通信（4 ）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)包括：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸控制層、應(yīng)用層。18、CSMA/CA機(jī)制 :當(dāng)某個(gè)站點(diǎn)（源站點(diǎn)）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時(shí)，檢測(cè)信道。若信道空閑，且在DIFS時(shí)間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點(diǎn)等待接收 ACK確認(rèn)幀。如果目的站點(diǎn)接收到正確的

10、數(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時(shí)間，然后向源站點(diǎn)發(fā)送 ACK確認(rèn)幀。若源站點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收到ACK確認(rèn)幀，則說明沒有發(fā)生沖突，這一幀發(fā)送成功。否則執(zhí)行退避算法。19、目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)包括無線電、紅外線和光波等。（1）無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線通信介質(zhì)，而聲波一般僅 用于水下的無線通信。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，電磁波分為無線電波、微波、紅外線、毫米波和光 波等，其中無線電波在無線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。(2)無線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠(yuǎn)，可以穿過建筑物，因而被廣泛地用于室內(nèi)或室 外的無線通信。 無線電波是全方向傳播信號(hào)的， 它能向任意方向發(fā)送無線信號(hào)， 所以發(fā)

11、射方 和接收方的裝置在位置上不必要求很精確的對(duì)準(zhǔn)。20. 傳感器節(jié)點(diǎn)定位的基本術(shù)語(yǔ)：(1) 鄰居節(jié)點(diǎn)(Neighbor Nodes):是指?jìng)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)的所有其他節(jié)點(diǎn)，也就是說： 在一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)，可以直接通信的所有其他點(diǎn)。(2) 跳數(shù)( Hop Count )：是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間間隔的跳段總數(shù)。(3) 跳段距離( Hop Distance )：是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間隔的各跳段距離之和。(4) 接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indicator ，RSSI):是指節(jié)點(diǎn)接收到 無線信號(hào)的強(qiáng)度大小。(5) 到達(dá)時(shí)間(Time of Arrival ，TOA ：是

12、指信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí) 間。(6) 到達(dá)時(shí)間差(Time Differenee of Arrival ， TDOA：兩種不同傳播速度的信號(hào)從一個(gè) 節(jié)點(diǎn)傳播到另一節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間之差。(7) 到達(dá)角度(Angle of Arrival , AOA :是指節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對(duì)于自身軸線的角度。(8) 視線關(guān)系(Line of Sight , LOS：是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間沒有障礙物間隔，能夠直接通信。(9) 非視線關(guān)系(Non Line of Sight, NLOS :是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在障礙物。(10) 基礎(chǔ)設(shè)施( Infrastructure )：是指協(xié)助傳感器節(jié)點(diǎn)定位的已知自身位置

13、的固定設(shè)備 (如衛(wèi)星、基站等) 。(11 )網(wǎng)絡(luò)連接度： 網(wǎng)絡(luò)連接度是所有節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)目的平均值， 它反映了傳感器配置的密 集程度。(12)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)：錨點(diǎn)通過其它方式預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)。21. (1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要時(shí)間同步，因?yàn)椋涸诜植际降臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，每個(gè)傳 感器節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘。 不同節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器頻率存在偏差， 以及濕度和電磁波的 干擾等都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)行時(shí)間偏差，RBS TPSN是典型的時(shí)間同步算法，其原理：RBS同步協(xié)議的基本思想是多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收同一個(gè)同步信號(hào)，然后多個(gè)收到同步信號(hào)的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行同步。 這種同步算法消除了同步信號(hào)發(fā)送一方的時(shí)間不確定性。 這種同步協(xié)議的缺點(diǎn) 是協(xié)議開銷大TPSN協(xié)議采用層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先將所有節(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級(jí)，然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)與 上一級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，最終所有節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。22. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)點(diǎn)定位，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的自身定位是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。許多應(yīng)用都要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)預(yù)先知道自身的位置， 并在通