無(wú)線傳感器期末總復(fù)習(xí)

1、一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 1. 無(wú)線傳感器分為兩種： （1） 有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)，需要固定基站 （2） 無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)，稱為無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)為分布式 A. 移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，終端是快速移動(dòng)的 B. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)是靜止的或移動(dòng)很慢 2. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)定義：是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，目的是協(xié)作地探測(cè)、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，并報(bào)告給用戶（數(shù)據(jù)采集傳感器技術(shù)、處理計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳輸功能通信技

2、術(shù)）  3. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)基本元素 （1） 傳感器 （2） 感知對(duì)象 （3） 用戶 4. 節(jié)點(diǎn)的工作模式：發(fā)送、接收、空閑、睡眠  5. 傳感器節(jié)點(diǎn)由4個(gè)部分組成：傳感器單元、處理器單元、無(wú)線通信單元、電源單元。除了電源單元，其他都在消耗能量，傳感器單元能耗比處理器與無(wú)線傳輸能耗低很多。 6. 傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成7. 能量消耗的兩種類型：通訊相關(guān)、計(jì)算相關(guān)。

3、0; 8. 傳感器節(jié)點(diǎn)的限制 傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，存在一些限制和約束，這些約束把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)區(qū)分開(kāi)來(lái)。 （1） 電源能量有限（消耗能量的模塊有傳感器、處理器和無(wú)線通信模塊發(fā)送、接收、空閑、睡眠） （2） 通信能力有限 （3） 計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限  9. 傳感器組網(wǎng)的特點(diǎn)（與其他網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別） (1) 自組織性：自動(dòng)進(jìn)行配置和管理，通過(guò)圖譜控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，自動(dòng)形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) (2) 

4、;以數(shù)據(jù)為中心：根據(jù)任務(wù)采集數(shù)據(jù)，關(guān)心數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)產(chǎn)生位置 (3) 應(yīng)用相關(guān)性：不同的應(yīng)用對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求不同 (4) 動(dòng)態(tài)性：結(jié)點(diǎn)故障失效、通信鏈路寬帶變化、新節(jié)點(diǎn)加入、基本元素的移動(dòng)而造成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變 (5) 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大：分布在很大的地理區(qū)域內(nèi)，結(jié)點(diǎn)部署密集 A. 通過(guò)不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比 B. 分布式處理大量采集信息，提高檢測(cè)的精確度C. 大量冗余節(jié)點(diǎn)的存在，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性能D. 大量節(jié)點(diǎn)增大覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域，減少探測(cè)遺落地點(diǎn)或盲區(qū) 

5、;(6) 可靠性：堅(jiān)固，不易損壞，能適用惡劣環(huán)境條件  10. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能指標(biāo) （1） 網(wǎng)絡(luò)的工作壽命（能量供給） （2） 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍（多跳通信技術(shù)可大大擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍） （3） 網(wǎng)絡(luò)搭建成本和難易程度 （4） 網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間（發(fā)生安全異常事件時(shí)需立刻發(fā)送警報(bào)消息）  11. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 （1） 軍事應(yīng)用（戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)視） （2） 環(huán)境科學(xué)（監(jiān)視土壤空氣情況） （3）

6、60;空間探索（檢測(cè)星球表面） （4） 醫(yī)療健康（監(jiān)護(hù)病人病情） （5） 智能家居（自動(dòng)除塵） （6） 建筑物和大型設(shè)備安全狀態(tài)的監(jiān)控（房屋、橋梁的安全隱患和建筑缺陷） （7） 緊急救援（在地震等緊急情況下進(jìn)行通信） （8） 其他商業(yè)應(yīng)用（交互式博物館）  二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、覆蓋與連接1. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 從組網(wǎng)形態(tài)與方式劃分：集中式、分布式、混合式 從節(jié)點(diǎn)功能和結(jié)構(gòu)層次劃分： （1） 平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) A

7、. 簡(jiǎn)單，易維護(hù)，較好的健壯性 B. 沒(méi)有中心管理節(jié)點(diǎn)，組網(wǎng)算法比較復(fù)雜 （2） 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) A. 骨干節(jié)點(diǎn)和一般傳感器節(jié)點(diǎn)有不同的功能特性 B. 一般傳感器之間可能不能直接通信 （3） 混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) A 功能強(qiáng)大，但硬件成本更高 B 一般傳感器節(jié)點(diǎn)之間可以直接通信，不需通過(guò)匯聚骨干節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) （4） Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) A. 由無(wú)線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)一般都是相同的 B. 按

8、照Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署，網(wǎng)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少可以和一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)通信 C. 支持多跳路由 D. 功耗限制和移動(dòng)性取決于節(jié)點(diǎn)類型及應(yīng)用特點(diǎn) E. 存在多種網(wǎng)絡(luò)接入方式，通過(guò)星型、Mesh等節(jié)點(diǎn)方式和其他網(wǎng)絡(luò)集成 2. 兩個(gè)定理（r為傳感器能夠感應(yīng)的距離，c為傳感器的通信半徑） （1） 當(dāng)傳感器的密度及單位區(qū)域的傳感器數(shù)目為有限時(shí)，c2r是覆蓋包含連接性的充分必要條件（2） 當(dāng)c2r，一個(gè)凸區(qū)域的k階覆蓋必定包含了k階連接性 3. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)覆蓋的目標(biāo) 節(jié)點(diǎn)

9、覆蓋優(yōu)化后要求每個(gè)目標(biāo)在任意時(shí)間內(nèi)都能至少被一個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)  三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信 1. 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成，其中MAC層和物理層協(xié)議采用的是IEEE 802.15.4協(xié)議 （1） 物理層：負(fù)責(zé)信號(hào)的調(diào)制和數(shù)據(jù)的收發(fā) （2） 數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀、幀檢測(cè)、介質(zhì)訪問(wèn)和差錯(cuò)控制 （3） 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù) （4） 傳輸層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制 2. 物理層主要功能 

10、（1） 微數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）提供傳送數(shù)據(jù)的通路 （2） 傳輸數(shù)據(jù) （3） 其他管理工作：信道狀態(tài)評(píng)估、能量檢測(cè)  3. 數(shù)據(jù)鏈路層誤差控制方法: 增加輸出傳送能量或使用合適的FEC方案都可保證鏈路可靠性。增大發(fā)送能量可使誤碼率降低，但節(jié)點(diǎn)能量有限，不可隨意增大；FEC編碼和解碼消耗額外處理能量，額外計(jì)算和額外傳輸消耗能量，但可糾正錯(cuò)誤使不至于整個(gè)數(shù)據(jù)重傳，若浪費(fèi)能量<節(jié)約能量，則使用FEC有意義。  4. 傳輸層協(xié)議 （1） Event-to-S

11、ink傳輸 Event-to-Sink的可靠度是必要的，包括了事件特征到Sink節(jié)點(diǎn)的可靠通信，而不是針對(duì)區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)生成的單個(gè)傳感報(bào)告/數(shù)據(jù)包進(jìn)行基于數(shù)據(jù)包的可靠傳遞。 （2） Sink-to-Sensors傳輸 包括了一定等級(jí)的重新傳送和確認(rèn)機(jī)制。為了不消耗稀缺資源的節(jié)點(diǎn)資源，這些機(jī)制應(yīng)慎重的結(jié)合到傳輸層協(xié)議中。四、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)(重點(diǎn)) 1. 時(shí)間同步的意義和作用 (1) 首先，傳感器節(jié)點(diǎn)通常需要彼此協(xié)作，去完成復(fù)雜的監(jiān)測(cè)和感知任務(wù)。數(shù)據(jù)融合是協(xié)作操作的典型例子，不同的結(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)最終融合并形成一

12、個(gè)有意義的結(jié)果。例：在車輛跟蹤系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)記錄車輛的位置和時(shí)間，并傳送給網(wǎng)關(guān)匯聚節(jié)點(diǎn)，然后結(jié)合這些信息來(lái)估計(jì)車輛的位置和速度。如果傳感器節(jié)點(diǎn)缺乏統(tǒng)一的時(shí)間同步，則對(duì)車輛的位置估計(jì)將會(huì)是不準(zhǔn)確的。 (2) 其次，傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些節(jié)能方案是利用時(shí)間同步來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例：傳感器可在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候休眠，在需要的時(shí)候再次被喚醒。在應(yīng)用這種節(jié)能模式時(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在相同的時(shí)間休眠或被喚醒，也就是在數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，節(jié)點(diǎn)的接收器并沒(méi)有關(guān)閉。在這里，傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步機(jī)制的設(shè)計(jì)目的是為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)鐘提供共同的時(shí)間戳  2. 傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議 

13、(1) RBS(Reference Broadcast Synchronization) 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)，然后在多個(gè)收到同步信號(hào)的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行同步。 (2) Ting/Mini-Sync (3) TPSN(Timing sync Protocol for Sensor Network) 目的是提供傳感器網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步 操作過(guò)程包括兩個(gè)階段：A. 第一階段：生成層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被賦

14、予一個(gè)級(jí)別，根節(jié)點(diǎn)被賦予最高級(jí)別0級(jí)，第i級(jí)的結(jié)點(diǎn)至少能夠與一個(gè)第i-1級(jí)的節(jié)點(diǎn)通信 B. 第二階段（同步階段）：實(shí)現(xiàn)所有樹(shù)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步，第1級(jí)節(jié)點(diǎn)同步到根節(jié)點(diǎn)，第i級(jí)的節(jié)點(diǎn)同步到第i-1級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最終所有節(jié)點(diǎn)都同步到根節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步 相鄰級(jí)別節(jié)點(diǎn)間的同步機(jī)制 3. 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題 是指自組織的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定方法提供節(jié)點(diǎn)的位置信息。 （1） 這種自組織網(wǎng)絡(luò)的定位可分為節(jié)點(diǎn)自身定位和目標(biāo)定位 A. 節(jié)點(diǎn)自身定位是確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置的過(guò)程 B. 目標(biāo)

15、定位是確定網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)一個(gè)事件或一個(gè)目標(biāo)的坐標(biāo)位置 （2） 從不同的角度出發(fā)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位方法可分為：A. 根據(jù)是否依靠測(cè)量距離，分為基于測(cè)距的定位和不需測(cè)距的定位 B. 根據(jù)部署場(chǎng)合的不同，分為室內(nèi)定位和室外定位 C. 根據(jù)信息收集的方式，網(wǎng)絡(luò)收集傳感器數(shù)據(jù)用語(yǔ)節(jié)點(diǎn)定位被稱為被動(dòng)定位，節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)出信息用于定位被稱為主動(dòng)定位 4. 基于測(cè)距的定位技術(shù) 含義：通過(guò)測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的距離，根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置的技術(shù)，常用方法是多變定位和角度定位。 (基于測(cè)距的定位技術(shù)的方

16、法與工作原理： 三邊測(cè)量算法：已知A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及它們到節(jié)點(diǎn)D的距離，確定節(jié)點(diǎn)D 的坐標(biāo) 三角測(cè)量算法：已知A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)D相對(duì)于節(jié)點(diǎn)A、B、C的角度，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)。) 測(cè)距方法： (1)接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI） 原理：接收機(jī)通過(guò)測(cè)量射頻信號(hào)的能量來(lái)確定與發(fā)送機(jī)的距離 /nRTPPr=  RP是無(wú)線信號(hào)的接受功率，TP是無(wú)線信號(hào)的發(fā)射功率，r是接收單元之間的距離，n是傳播因子 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，廣泛采用，缺點(diǎn)：遮蓋或折射現(xiàn)象使接收端誤差大、精度較低 

17、(2)到達(dá)時(shí)間/到達(dá)時(shí)間差(ToA/TDoA) 基本原理：ToA：根據(jù)已知信號(hào)的傳播速度，根據(jù)信號(hào)的傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)間距離；TDoA：發(fā)射節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射兩種不同傳播速度的無(wú)線信號(hào)，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)兩種信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差以及這兩種信號(hào)的傳播速度，計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。 1212/()Scccc=- 21()LTTS=- 無(wú)線信號(hào)速度為1c超聲波速度為2c，無(wú)線信號(hào)快 1T為無(wú)線信號(hào)到達(dá)的時(shí)間，2T為超聲波信號(hào)到達(dá)的時(shí)間 L為兩點(diǎn)之間的距離 精度高，但ToA需節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，TDoA有c1與c2的誤差5. 無(wú)需測(cè)

18、距的定位技術(shù) （1） 質(zhì)心算法 1111(,)(,)nnnniiiixyXY=åå 質(zhì)心算法雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，通信開(kāi)銷小，但僅能實(shí)現(xiàn)粗粒度定位，并且需要信標(biāo)錨點(diǎn)具有較高密度，各錨點(diǎn)部署的位置也對(duì)定位效果有影響 （2） DV-Hop算法 根據(jù)矢量路由協(xié)議的原理在全網(wǎng)范圍內(nèi)廣播條數(shù)和位置。每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)至哥錨點(diǎn)跳數(shù)最小的計(jì)數(shù)器，根據(jù)接收的信號(hào)更新計(jì)數(shù)器。錨點(diǎn)廣播其坐標(biāo)位置，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到新的廣播消息時(shí)，如果跳數(shù)小于存儲(chǔ)的數(shù)值，則更新并轉(zhuǎn)播該條數(shù)6. 數(shù)據(jù)融合 含義：數(shù)據(jù)融合也被稱作信息融合，是

19、一種多源信息處理技術(shù)。通過(guò)對(duì)來(lái)自同一目標(biāo)的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化合成，獲得比單一信息源更精確、完整的估計(jì)或判斷。 內(nèi)容：多傳感器的目標(biāo)探測(cè)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤和識(shí)別、情況評(píng)估和預(yù)測(cè)；基本目的是通過(guò)融合，得到比各個(gè)單獨(dú)的輸入數(shù)據(jù)更多的信息。 (1) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)融合的作用： A. 提高信息的準(zhǔn)確性和全面性.與單個(gè)傳感器相比，多傳感器的數(shù)據(jù)融合處理可以獲得有關(guān)周圍環(huán)境的更準(zhǔn)確、全面的信息 B. 降低信息的不準(zhǔn)確性.一組相似的傳感器采集的信息存在著明顯的互補(bǔ)性，這種互補(bǔ)性經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，可以對(duì)單一傳感器的不確定性及其測(cè)量范圍的局限性

20、進(jìn)行補(bǔ)償 C. 提高系統(tǒng)的可靠性.某個(gè)或某幾個(gè)傳感器失效時(shí)，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行 D. 增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性 (2) 數(shù)據(jù)融合技術(shù)的分類. A. 根據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量分類 無(wú)損失融合：所有細(xì)節(jié)信息均被保留，只去除冗余的部分信息有損失融合：省略一些細(xì)節(jié)信息或降低數(shù)據(jù)的質(zhì)量，從而減少需要存儲(chǔ)或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以達(dá)到節(jié)省存儲(chǔ)資源或能量資源的目的 B. 根據(jù)融合操作的級(jí)別分類 數(shù)據(jù)級(jí)融合：操作對(duì)象是傳感器采集的數(shù)據(jù) 特征級(jí)融合：通過(guò)一些特征提取手段將數(shù)據(jù)表示為一系列的特征向量，

21、來(lái)反映事物的屬性 決策級(jí)融合：根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行較高級(jí)的決策，是最高級(jí)的融合 C. 根據(jù)數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用層數(shù)據(jù)語(yǔ)義之間的融合 依賴于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合 獨(dú)立于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合 結(jié)合以上兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)融合7. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源節(jié)能方法 （1） 休眠機(jī)制 通過(guò)休眠實(shí)現(xiàn)節(jié)能的策略主要體現(xiàn)在以下方面： A 硬件支持（能量消耗從高到低：發(fā)送、接收、空閑、休眠） B 采用休眠機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議C 專門的結(jié)點(diǎn)功率管理機(jī)制 （2） 數(shù)據(jù)融合 通過(guò)本地計(jì)

22、算和融合，原始數(shù)據(jù)可以在多跳數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中進(jìn)行處理，進(jìn)發(fā)送有用信息，有效的減少了通信量。節(jié)能效果主要體現(xiàn)在路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)上8. 失效（Failure），故障（Fault），差錯(cuò)（Error）三者區(qū)別 （1） 失效：某個(gè)設(shè)備中止了它完成所要求功能的能力 （2） 故障：某個(gè)設(shè)備、元件或組件不能按照所要求的方式工作 （3） 差錯(cuò)：一個(gè)不正確的步驟、過(guò)程或結(jié)果  9. 故障檢測(cè)與診斷 3種不需要地理位置信息的部件故障檢測(cè) （1） 多數(shù)投票策略 通過(guò)與鄰居節(jié)點(diǎn)的測(cè)量

23、值進(jìn)行比較，得到與自己測(cè)量值相同或差距在允許范圍內(nèi)的鄰居測(cè)量值的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)超過(guò)鄰居數(shù)目的一半，則判定自己的測(cè)量值為正確的，否則錯(cuò)誤。 （2） 均值策略 計(jì)算鄰居測(cè)量值的平均值，然后比較這個(gè)均值和自己的測(cè)量值，如果它們差距在允許范圍內(nèi)，則判定自己的測(cè)量值為正確的，否則錯(cuò)誤。 （3） 中值策略 利用鄰居測(cè)量值的中值與自己的測(cè)量值比較，如果它們差距在允許范圍內(nèi)，則判定自己的測(cè)量值為正確的，否則錯(cuò)誤。即使是在有很多鄰居測(cè)量值都是錯(cuò)誤時(shí)，仍能正確地判斷出自己的測(cè)量值是否正確10. 查詢語(yǔ)句 (1) TinyDB

24、系統(tǒng)的查詢語(yǔ)句 TinyDB系統(tǒng)的查詢語(yǔ)言是基于SQL的查詢語(yǔ)言，稱為TinySQL。該查詢語(yǔ)言支持選擇、投影、設(shè)定采樣頻率、分組聚集、用戶自定義聚集函數(shù)、事件觸發(fā)、生命周期查詢、設(shè)定存儲(chǔ)點(diǎn)和簡(jiǎn)單的連接操作。 (2) Cougar系統(tǒng)的查詢語(yǔ)句 Cougar系統(tǒng)提供了一種類似于SQL的查詢語(yǔ)言。在很多傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，對(duì)環(huán)境進(jìn)行連續(xù)周期性地監(jiān)測(cè)特別重要。因此，Cougar系統(tǒng)的查詢語(yǔ)言提供了對(duì)連續(xù)周期性查詢的支持。11. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)方法： （1） 地理散列函數(shù) 使用地理散列方法，一個(gè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵

25、字被散列函數(shù)隨機(jī)地映射為一二個(gè)地理位置，即地理坐標(biāo)(x,y) （2） 地理路由協(xié)議GPSR GPSR是為移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一種路由協(xié)議。給定一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，GPSR根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置信息就可把數(shù)據(jù)包路由至該節(jié)點(diǎn) （3） 地列散列方法如何利用GPSR（見(jiàn)7.6.3） （4） 增強(qiáng)地列散列函數(shù)的魯棒性 （5） 地列散列方法的結(jié)構(gòu)復(fù)制12.數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)方法       (1)地理散列函數(shù)：將一個(gè)輸入映射到一個(gè)地理位置的函數(shù) &

26、#160;     (2)地理路由協(xié)議GPSR       (3)地理散列方法如何利用GPSR：（地理散列函數(shù)得到一個(gè)位置，通過(guò)GPSR協(xié)議找距該位置最近的節(jié)點(diǎn)并存入數(shù)據(jù)）       (4)增強(qiáng)地理散列方法的魯棒性  五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層 1. IEEE802.11協(xié)議 協(xié)議定義了兩種類型的設(shè)備，一種是無(wú)線站，通常是通過(guò)一臺(tái)PC機(jī)器加上一塊無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

27、接口卡構(gòu)成的，另一個(gè)被稱為無(wú)線接入點(diǎn)，作用是提供無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁  2. IEEE802.11協(xié)議MAC層工作模式 協(xié)議規(guī)定了兩種不同的MAC層訪問(wèn)機(jī)制 (1) 分布式協(xié)調(diào)功能（DCF），用來(lái)傳輸異步數(shù)據(jù)，同時(shí)也是支持PCF機(jī)制的基礎(chǔ)。DCF機(jī)制可被應(yīng)用于所有站點(diǎn)，無(wú)論其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是基本網(wǎng)絡(luò)配置還是IBSS (2) 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF），只可用于基本網(wǎng)絡(luò)配置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PCF工作原理主要是輪詢機(jī)制，即由一個(gè)點(diǎn)協(xié)調(diào)器來(lái)制定令牌的循環(huán)。3. DCF中RTS/CTS訪問(wèn)機(jī)制 在無(wú)線局域網(wǎng)中，經(jīng)常

28、出現(xiàn)隱藏終端的問(wèn)題。為了解決這種問(wèn)題，DCF可利用RTS和CTS兩個(gè)控制幀來(lái)進(jìn)行新到預(yù)約。 具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：A發(fā)送RTS給B，B發(fā)送CTS給A，C可收到B發(fā)送的CTS，C收到CTS后根據(jù)持續(xù)時(shí)間NAV字段進(jìn)行休眠  4. 基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議 基本思想：當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式來(lái)使用無(wú)線信道，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞，就按照某種策略重發(fā)數(shù)據(jù)，知道數(shù)據(jù)發(fā)送成果或放棄發(fā)送。 （1） S-MAC協(xié)議的主要機(jī)制 A. 周期性偵聽(tīng)和睡眠（作用、原理和步驟） 作用、原理：為了減少能力消耗，節(jié)點(diǎn)要盡量

29、處于低功耗的睡眠狀態(tài)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地調(diào)度自己的工作狀態(tài)，周期性地轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，在蘇醒后偵聽(tīng)信道狀態(tài)，以判斷是否需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。為了便于相互通信，相鄰節(jié)點(diǎn)應(yīng)該盡量維持睡眠和偵聽(tīng)調(diào)度周期的同步。 步驟：當(dāng)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)工作時(shí)，首先偵聽(tīng)一段相同的定長(zhǎng)度的時(shí)間，如果在這段偵聽(tīng)時(shí)間內(nèi)收到了其他節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息，則將它的調(diào)度周期設(shè)置得與鄰居節(jié)點(diǎn)相同，并在等待一段隨機(jī)時(shí)間后廣播它的調(diào)度信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的不同調(diào)度信息時(shí)，可以選擇其第一個(gè)收到的調(diào)度信息，并記錄收到的所有調(diào)度信息。如果節(jié)點(diǎn)在這段偵聽(tīng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到其他的調(diào)度信息，則產(chǎn)生自己的調(diào)度周期并廣播。在及誒單產(chǎn)生和通告自己的調(diào)度后，如果收到

30、了鄰居的不同調(diào)度，則分為兩種情況：如果沒(méi)有收到過(guò)與自己調(diào)度相同的其他鄰居的通告，則使用鄰居的調(diào)度而丟棄自己生成的調(diào)度；如果節(jié)點(diǎn)已經(jīng)收到過(guò)與自己調(diào)度相同的其他鄰居的通告，則在調(diào)度表中記錄該調(diào)度信息，以便能夠與非同步的相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信 B. 流量自適應(yīng)偵聽(tīng)機(jī)制。流量自適應(yīng)的偵聽(tīng)，減少消息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延遲。 C. 串音避免 D. 消息傳遞。通過(guò)消息分割和突發(fā)傳遞機(jī)制來(lái)減少控制消息的開(kāi)銷和消息的傳遞延遲。 （2） T-MAC協(xié)議 基本工作原理：通過(guò)采用周期性偵聽(tīng)和睡眠的工作方式來(lái)減少空閑偵聽(tīng)。周期長(zhǎng)度是固定不變

31、的，節(jié)點(diǎn)的偵聽(tīng)活動(dòng)時(shí)間也是固定的。 協(xié)議提出了兩種方法解決早睡問(wèn)題： A. 未來(lái)請(qǐng)求發(fā)送 B. 滿緩沖區(qū)優(yōu)先 （3） Sift協(xié)議5. 基于分簇網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議（基于TDMA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) MAC協(xié)議） 為了適應(yīng)1簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化，2及時(shí)發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)，3使用能量相對(duì)高的結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)等目的，協(xié)議將時(shí)間幀分為周期性的4個(gè)階段： (1) 數(shù)據(jù)傳輸階段 (2) 刷新階段 (3) 刷新引起的重組階段 (4) 事件觸發(fā)的重組階段

32、  六、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1. IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述 IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義的LR WPAN網(wǎng)絡(luò)有如下特點(diǎn)： (1) 在不同的載波頻率下實(shí)現(xiàn)20KB/s, 40KB/s和250KB/s 3種不同的傳輸速率 (2) 支持星型和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) (2) 有16位和64位兩種地址格式，其中64為地址是全球唯一的擴(kuò)展地址(3) 支持沖突避免的載波多路偵聽(tīng)技術(shù)（CSMA/CA） (5) 支持確認(rèn)機(jī)制，保證了傳輸?shù)目煽啃?#16

33、0; 2. 物理層 定義了27個(gè)信道，信道跨越3個(gè)頻段，具體包括2.4GHz的16個(gè)信道，915MHz的10個(gè)信道，868MHz的1個(gè)信道3. ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) ZigBee技術(shù)是一種面向自動(dòng)化和無(wú)線控制的低速率低功耗低價(jià)格的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方案 ZigBee無(wú)線設(shè)備傳輸距離為1075m，具體數(shù)值取決于射頻環(huán)境和特定應(yīng)用條件下的輸出功率，工作在公共頻段上分別為： （1） 全球2.4GHz，通訊速率250KB/s （2） 美國(guó)915MHz，通訊速率40KB/s （3） 歐洲868M

34、Hz，通訊速率20KB/s ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、簇樹(shù)形網(wǎng)絡(luò) ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)： （1） 數(shù)據(jù)傳輸速率低，數(shù)據(jù)率只有20250 KB/s，專注于低速傳輸應(yīng)用。 （2） 有效范圍小，有效范圍在1075m內(nèi) （3） 工作頻段靈活，三個(gè)頻段均為無(wú)需申請(qǐng)的ISM頻段 （4） 省電，工作周期短，收發(fā)信息功耗較低，并采用了休眠模式 （5） 可靠，采用了碰撞避免機(jī)制，并為需要固定帶寬業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突 （6）&

35、#160;成本低，速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，另外使用ZigBee協(xié)議可免專利費(fèi)。 （7） 時(shí)延短，針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化 （8） 網(wǎng)絡(luò)容量大，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可容納多大254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可布置多達(dá)100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò) （9） 安全，提供數(shù)據(jù)完整性檢查和認(rèn)證功能，加密算法采用AES-128，應(yīng)用層安全屬性可根據(jù)需求來(lái)配置。 4. 藍(lán)牙(1) 運(yùn)行在2.4GHz的非授權(quán)ISM頻段，通訊距離只有10m左右 (2) 在基帶中，藍(lán)牙為微微網(wǎng)的主設(shè)備和從設(shè)備之間提供了兩種基

36、本的物理鏈路類型，即同步面向連接鏈路（SCO）和異步無(wú)連接鏈路（ACL） 5. UWB：超寬帶技術(shù) 特點(diǎn)：利用持續(xù)時(shí)間非常短（納秒級(jí)）的窄脈沖形式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps以上    七、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 1. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類 (1) 按元及誒單獲取路徑的方法 A. 主動(dòng)路由協(xié)議 B. 按需路由協(xié)議 C. 混合路由協(xié)議 (2) 按節(jié)點(diǎn)參與通信的方式 A. 直

37、接通信路由協(xié)議 B. 平面通信路由協(xié)議 C. 層次路由協(xié)議 (3) 按路由的發(fā)現(xiàn)過(guò)程 A. 以位置信息為中心的路由協(xié)議 B. 以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議(4) 按路由選擇是否考慮服務(wù)質(zhì)量（QoS）約束  2. Flooding和Grossing協(xié)議 （1） 洪泛路由協(xié)議 接收到消息的節(jié)點(diǎn)以廣播的形式轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文給所有的鄰居節(jié)點(diǎn)；設(shè)定了生命期限，直到傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)或生命期限變?yōu)?為止。 A. 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用于健

38、壯性要求高的場(chǎng)合 B. 缺點(diǎn)：使得網(wǎng)絡(luò)中無(wú)效的數(shù)據(jù)傳輸急劇增加，從而出現(xiàn)信息爆炸現(xiàn)象，消耗本來(lái)緊張的能量、存儲(chǔ)空間等資源；信息重疊情況大量出現(xiàn)。 （2） 閑聊法 隨機(jī)選擇某一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，作為轉(zhuǎn)發(fā)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，向它發(fā)送一份數(shù)據(jù)副本 A. 優(yōu)點(diǎn)：避免了信息爆炸問(wèn)題 B. 缺點(diǎn)：仍然無(wú)法解決出現(xiàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)交疊現(xiàn)象和盲目使用資源的問(wèn)題；數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄鶗r(shí)延被拉長(zhǎng)，傳輸速度變慢，無(wú)謂的資源消耗依然很多。  3. TEEN 閾值敏感的高效無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) TEEN協(xié)議是一個(gè)

39、基于簇群的路由協(xié)議，也是由LEACH發(fā)展而來(lái)的。定義了硬門限和軟門限兩個(gè)概念。 達(dá)不到門限值，節(jié)點(diǎn)就無(wú)法和簇頭節(jié)點(diǎn)通信，用戶就無(wú)法從網(wǎng)絡(luò)得到任何數(shù)據(jù)。即使節(jié)點(diǎn)死亡，用戶也不知道。4. 能力消耗源：嘗試在通信、計(jì)算相關(guān)的能量消耗之間達(dá)到一個(gè)平衡 分為兩類：通信相關(guān)的能量消耗、計(jì)算相關(guān)的能量消耗  5. 基于查詢的路由 (1) 定向擴(kuò)散（DD）路由的四個(gè)階段 A. 興趣擴(kuò)散階段 B. 梯度建立階段 C. 數(shù)據(jù)傳播階段 D. 路徑加強(qiáng)階段&#

40、160;(2) 謠傳路由 借鑒了歐式平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想（當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到一個(gè)事件，它將事件添加到該節(jié)點(diǎn)自身保存的事件表中。然后產(chǎn)生一個(gè)被稱為代理的生命期較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機(jī)路徑向外擴(kuò)撒傳播，同時(shí)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的查詢消息也沿著隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中傳播。當(dāng)代理消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時(shí)，就會(huì)形成一條匯聚節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的完整路徑）。執(zhí)行過(guò)程如下： A. 每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個(gè)鄰居列表和一個(gè)事件列表 B. 傳感器節(jié)點(diǎn)在本地檢測(cè)到一個(gè)事件時(shí)，就在事件列表中增加一個(gè)表項(xiàng)，設(shè)置相關(guān)的事件名稱、跳數(shù)等，同時(shí)根據(jù)一定的概率產(chǎn)生一個(gè)代理消息 C. 網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點(diǎn)都可以針對(duì)一個(gè)特定的事件生成查詢消息 D. 若出現(xiàn)查詢消息和代理消息的路徑出現(xiàn)交叉的情況，交叉節(jié)點(diǎn)會(huì)沿著查詢消息的反方向?qū)⑹录畔鬟_(dá)到查詢節(jié)點(diǎn)6. 地理位置路由 GPSR的前提：GPSR協(xié)議默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)GPS或者其他方法獲知自己的地理位置信息 路由開(kāi)始時(shí)，采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)貪婪方式失效時(shí)，即遇到通信空洞時(shí)轉(zhuǎn)入周界轉(zhuǎn)發(fā)模式繼續(xù)路由，在條件滿足時(shí)恢復(fù)貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式，如此反復(fù)直至分組到達(dá)目的地。 節(jié)點(diǎn)收到貪婪模式下的分組時(shí)