無線傳感器期末總復習

無線傳感器期末總復習無線傳感器期末總復習無線傳感器期末總復習V:1.0精細整理，僅供參考無線傳感器期末總復習日期：20xx年X月一、無線傳感器網(wǎng)絡概述

1.

無線傳感器分為兩種：

（1）

有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)，需要固定基站

（2）

無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)，稱為無線Ad

Hoc網(wǎng)絡，節(jié)點為分布式

A.

移動Ad

Hoc網(wǎng)絡，終端是快速移動的

B.

無線傳感器網(wǎng)絡，節(jié)點是靜止的或移動很慢

2.

無線傳感器網(wǎng)絡的標準定義：是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡，目的是協(xié)作地探測、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋區(qū)內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶（數(shù)據(jù)采集[傳感器技術(shù)]、處理[計算機技術(shù)]和傳輸功能[通信技術(shù)]）

3.

無線傳感器網(wǎng)絡的三個基本元素

（1）

傳感器

（2）

感知對象

（3）

用戶

4.

節(jié)點的工作模式：發(fā)送、接收、空閑、睡眠

5.

傳感器節(jié)點由4個部分組成：傳感器單元、處理器單元、無線通信單元、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線傳輸能耗低很多。

6.

傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成7.

能量消耗的兩種類型：通訊相關(guān)、計算相關(guān)。

8.

傳感器節(jié)點的限制

傳感器節(jié)點在實現(xiàn)各種網(wǎng)絡協(xié)議和應用系統(tǒng)時，存在一些限制和約束，這些約束把無線傳感器網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡區(qū)分開來。

（1）

電源能量有限（消耗能量的模塊有傳感器、處理器和無線通信模塊[發(fā)送、接收、空閑、睡眠]）

（2）

通信能力有限

（3）

計算和存儲能力有限

9.

傳感器組網(wǎng)的特點（與其他網(wǎng)絡的區(qū)別）

(1)

自組織性：自動進行配置和管理，通過圖譜控制機制和網(wǎng)絡協(xié)議，自動形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡系統(tǒng)

(2)

以數(shù)據(jù)為中心：根據(jù)任務采集數(shù)據(jù)，關(guān)心數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)產(chǎn)生位置

(3)

應用相關(guān)性：不同的應用對傳感器網(wǎng)絡的要求不同

(4)

動態(tài)性：結(jié)點故障失效、通信鏈路寬帶變化、新節(jié)點加入、基本元素的移動而造成拓撲結(jié)構(gòu)的改變

(5)

網(wǎng)絡規(guī)模大：分布在很大的地理區(qū)域內(nèi)，結(jié)點部署密集

A.

通過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，提高檢測的精確度C.

大量冗余節(jié)點的存在，使系統(tǒng)具有很強的容錯性能D.

大量節(jié)點增大覆蓋監(jiān)測區(qū)域，減少探測遺落地點或盲區(qū)

(6)

可靠性：堅固，不易損壞，能適用惡劣環(huán)境條件

10.

無線傳感器網(wǎng)絡的關(guān)鍵性能指標

（1）

網(wǎng)絡的工作壽命（能量供給）

（2）

網(wǎng)絡覆蓋范圍（多跳通信技術(shù)可大大擴展網(wǎng)絡覆蓋范圍）

（3）

網(wǎng)絡搭建成本和難易程度

（4）

網(wǎng)絡響應時間（發(fā)生安全異常事件時需立刻發(fā)送警報消息）

11.

無線傳感器網(wǎng)絡的應用

（1）

軍事應用（戰(zhàn)場實時監(jiān)視）

（2）

環(huán)境科學（監(jiān)視土壤空氣情況）

（3）

空間探索（檢測星球表面）

（4）

醫(yī)療健康（監(jiān)護病人病情）

（5）

智能家居（自動除塵）

（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行通信）

（8）

其他商業(yè)應用（交互式博物館）

二、無線傳感器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、覆蓋與連接1.

無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結(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)點功能和結(jié)構(gòu)層次劃分：

（1）

平面網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

A.

簡單，易維護，較好的健壯性

B.

沒有中心管理節(jié)點，組網(wǎng)算法比較復雜

（2）

分級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

A.

骨干節(jié)點和一般傳感器節(jié)點有不同的功能特性

B.

一般傳感器之間可能不能直接通信

（3）

混合網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

A．

功能強大，但硬件成本更高

B．

一般傳感器節(jié)點之間可以直接通信，不需通過匯聚骨干節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

（4）

Mesh網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

A.

由無線節(jié)點構(gòu)成網(wǎng)絡，網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點一般都是相同的

B.

按照Mesh拓撲結(jié)構(gòu)部署，網(wǎng)內(nèi)每個節(jié)點至少可以和一個其他節(jié)點通信

C.

支持多跳路由

D.

功耗限制和移動性取決于節(jié)點類型及應用特點

E.

存在多種網(wǎng)絡接入方式，通過星型、Mesh等節(jié)點方式和其他網(wǎng)絡集成

2.

兩個定理（r為傳感器能夠感應的距離，c為傳感器的通信半徑）

（1）

當傳感器的密度及單位區(qū)域的傳感器數(shù)目為有限時，c≤2r是覆蓋包含連接性的充分必要條件（2）

當c≥2r，一個凸區(qū)域的k階覆蓋必定包含了k階連接性

3.

無線傳感器網(wǎng)絡的點覆蓋的目標

節(jié)點覆蓋優(yōu)化后要求每個目標在任意時間內(nèi)都能至少被一個無線傳感器節(jié)點監(jiān)測

三、無線傳感器網(wǎng)絡通信

1.

網(wǎng)絡通信協(xié)議

由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層組成，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：負責信號的調(diào)制和數(shù)據(jù)的收發(fā)

（2）

數(shù)據(jù)鏈路層：負責數(shù)據(jù)成幀、幀檢測、介質(zhì)訪問和差錯控制

（3）

網(wǎng)絡層：負責路由發(fā)現(xiàn)和維護

（4）

傳輸層：負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制

2.

物理層主要功能

（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)評估、能量檢測

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，額外計算和額外傳輸消耗能量，但可糾正錯誤使不至于整個數(shù)據(jù)重傳，若浪費能量<節(jié)約能量，則使用FEC有意義。

4.

傳輸層協(xié)議

（1）

Event-to-Sink傳輸

Event-to-Sink的可靠度是必要的，包括了事件特征到Sink節(jié)點的可靠通信，而不是針對區(qū)域內(nèi)各節(jié)點生成的單個傳感報告/數(shù)據(jù)包進行基于數(shù)據(jù)包的可靠傳遞。

（2）

Sink-to-Sensors傳輸

包括了一定等級的重新傳送和確認機制。為了不消耗稀缺資源的節(jié)點資源，這些機制應慎重的結(jié)合到傳輸層協(xié)議中。四、無線傳感器網(wǎng)絡的支撐技術(shù)(重點)

1.

時間同步的意義和作用

(1)

首先，傳感器節(jié)點通常需要彼此協(xié)作，去完成復雜的監(jiān)測和感知任務。數(shù)據(jù)融合是協(xié)作操作的典型例子，不同的結(jié)點采集的數(shù)據(jù)最終融合并形成一個有意義的結(jié)果。例：在車輛跟蹤系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點記錄車輛的位置和時間，并傳送給網(wǎng)關(guān)匯聚節(jié)點，然后結(jié)合這些信息來估計車輛的位置和速度。如果傳感器節(jié)點缺乏統(tǒng)一的時間同步，則對車輛的位置估計將會是不準確的。

(2)

其次，傳感器網(wǎng)絡的一些節(jié)能方案是利用時間同步來實現(xiàn)的。例：傳感器可在適當?shù)臅r候休眠，在需要的時候再次被喚醒。在應用這種節(jié)能模式時，網(wǎng)絡節(jié)點應該在相同的時間休眠或被喚醒，也就是在數(shù)據(jù)到來時，節(jié)點的接收器并沒有關(guān)閉。在這里，傳感器網(wǎng)絡時間同步機制的設(shè)計目的是為網(wǎng)絡中所有節(jié)點的本地時鐘提供共同的時間戳

2.

傳感器網(wǎng)絡時間同步協(xié)議

(1)

RBS(Reference

Broadcast

Synchronization)

RBS同步協(xié)議的基本思想是多個節(jié)點接收同一個同步信號，然后在多個收到同步信號的節(jié)點之間進行同步。

(2)

Ting/Mini-Sync

(3)

TPSN(Timing

sync

Protocol

for

Sensor

Network)

目的是提供傳感器網(wǎng)絡全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點間的時間同步

操作過程包括兩個階段：A.

第一階段：生成層次結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點都被賦予一個級別，根節(jié)點被賦予最高級別0級，第i級的結(jié)點至少能夠與一個第i-1級的節(jié)點通信

B.

第二階段（同步階段）：實現(xiàn)所有樹節(jié)點的時間同步，第1級節(jié)點同步到根節(jié)點，第i級的節(jié)點同步到第i-1級的一個節(jié)點，最終所有節(jié)點都同步到根節(jié)點，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的時間同步

相鄰級別節(jié)點間的同步機制

3.

傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位問題

是指自組織的網(wǎng)絡通過特定方法提供節(jié)點的位置信息。

（1）

這種自組織網(wǎng)絡的定位可分為節(jié)點自身定位和目標定位

A.

節(jié)點自身定位是確定網(wǎng)絡節(jié)點的坐標位置的過程

B.

目標定位是確定網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)一個事件或一個目標的坐標位置

（2）

從不同的角度出發(fā)，無線傳感器網(wǎng)絡的定位方法可分為：A.

根據(jù)是否依靠測量距離，分為基于測距的定位和不需測距的定位

B.

根據(jù)部署場合的不同，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)絡收集傳感器數(shù)據(jù)用語節(jié)點定位被稱為被動定位，節(jié)點主動發(fā)出信息用于定位被稱為主動定位

4.

基于測距的定位技術(shù)

含義：通過測量節(jié)點之間的距離，根據(jù)幾何關(guān)系計算出網(wǎng)絡節(jié)點的位置的技術(shù)，常用方法是多變定位和角度定位。

(基于測距的定位技術(shù)的方法與工作原理：

三邊測量算法：已知A、B、C三個節(jié)點的坐標，以及它們到節(jié)點D的距離，確定節(jié)點D

的坐標

三角測量算法：已知A、B、C三個節(jié)點的坐標，節(jié)點D相對于節(jié)點A、B、C的角度，確定節(jié)點D的坐標。)

測距方法：

(1)接收信號強度指示（RSSI）

原理：接收機通過測量射頻信號的能量來確定與發(fā)送機的距離

/nRTPPr

RP是無線信號的接受功率，TP是無線信號的發(fā)射功率，r是接收單元之間的距離，n是傳播因子

優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，廣泛采用，缺點：遮蓋或折射現(xiàn)象使接收端誤差大、精度較低

(2)到達時間/到達時間差(ToA/TDoA)

基本原理：ToA：根據(jù)已知信號的傳播速度，根據(jù)信號的傳播時間來計算節(jié)點間距離；TDoA：發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號，接收節(jié)點根據(jù)兩種信號到達的時間差以及這兩種信號的傳播速度，計算兩個節(jié)點之間的距離。

1212/()Scccc

21()LTTS

無線信號速度為1c超聲波速度為2c，無線信號快

1T為無線信號到達的時間，2T為超聲波信號到達的時間

L為兩點之間的距離

精度高，但ToA需節(jié)點間保持精確的時間同步，TDoA有c1與c2的誤差5.

無需測距的定位技術(shù)

（1）

質(zhì)心算法

1111(,)(,)nnnniiiixyXY

質(zhì)心算法雖然實現(xiàn)簡單，通信開銷小，但僅能實現(xiàn)粗粒度定位，并且需要信標錨點具有較高密度，各錨點部署的位置也對定位效果有影響

（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。每個節(jié)點設(shè)置一個至哥錨點跳數(shù)最小的計數(shù)器，根據(jù)接收的信號更新計數(shù)器。錨點廣播其坐標位置，當節(jié)點接收到新的廣播消息時，如果跳數(shù)小于存儲的數(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，是一種多源信息處理技術(shù)。通過對來自同一目標的多源數(shù)據(jù)進行優(yōu)化合成，獲得比單一信息源更精確、完整的估計或判斷。

內(nèi)容：多傳感器的目標探測、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤和識別、情況評估和預測；基本目的是通過融合，得到比各個單獨的輸入數(shù)據(jù)更多的信息。

(1)

無線傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)融合的作用：

A.

提高信息的準確性和全面性.與單個傳感器相比，多傳感器的數(shù)據(jù)融合處理可以獲得有關(guān)周圍環(huán)境的更準確、全面的信息

B.

降低信息的不準確性.一組相似的傳感器采集的信息存在著明顯的互補性，這種互補性經(jīng)過適當處理后，可以對單一傳感器的不確定性及其測量范圍的局限性進行補償

C.

提高系統(tǒng)的可靠性.某個或某幾個傳感器失效時，系統(tǒng)仍能正常運行

D.

增加系統(tǒng)的實時性

(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

Ⅰ無損失融合：所有細節(jié)信息均被保留，只去除冗余的部分信息Ⅱ有損失融合：省略一些細節(jié)信息或降低數(shù)據(jù)的質(zhì)量，從而減少需要存儲或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以達到節(jié)省存儲資源或能量資源的目的

B.

根據(jù)融合操作的級別分類

Ⅰ數(shù)據(jù)級融合：操作對象是傳感器采集的數(shù)據(jù)

Ⅱ特征級融合：通過一些特征提取手段將數(shù)據(jù)表示為一系列的特征向量，來反映事物的屬性

Ⅲ決策級融合：根據(jù)應用需求進行較高級的決策，是最高級的融合

C.

根據(jù)數(shù)據(jù)融合與應用層數(shù)據(jù)語義之間的融合

Ⅰ依賴于應用的數(shù)據(jù)融合

Ⅱ獨立于應用的數(shù)據(jù)融合

Ⅲ結(jié)合以上兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)融合7.

無線傳感器網(wǎng)絡的電源節(jié)能方法

（1）

休眠機制

通過休眠實現(xiàn)節(jié)能的策略主要體現(xiàn)在以下方面：

硬件支持（能量消耗從高到低：發(fā)送、接收、空閑、休眠）

B．

采用休眠機制的網(wǎng)絡協(xié)議C．

專門的結(jié)點功率管理機制

（2）

數(shù)據(jù)融合

通過本地計算和融合，原始數(shù)據(jù)可以在多跳數(shù)據(jù)傳輸過程中進行處理，進發(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)議的實現(xiàn)上8.

失效（Failure），故障（Fault），差錯（Error）三者區(qū)別

（1）

失效：某個設(shè)備中止了它完成所要求功能的能力

（2）

故障：某個設(shè)備、元件或組件不能按照所要求的方式工作

（3）

差錯：一個不正確的步驟、過程或結(jié)果

9.

故障檢測與診斷

3種不需要地理位置信息的部件故障檢測

（1）

多數(shù)投票策略

通過與鄰居節(jié)點的測量值進行比較，得到與自己測量值相同或差距在允許范圍內(nèi)的鄰居測量值的個數(shù)，如果個數(shù)超過鄰居數(shù)目的一半，則判定自己的測量值為正確的，否則錯誤。

（2）

均值策略

計算鄰居測量值的平均值，然后比較這個均值和自己的測量值，如果它們差距在允許范圍內(nèi)，則判定自己的測量值為正確的，否則錯誤。

（3）

中值策略

利用鄰居測量值的中值與自己的測量值比較，如果它們差距在允許范圍內(nèi)，則判定自己的測量值為正確的，否則錯誤。即使是在有很多鄰居測量值都是錯誤時，仍能正確地判斷出自己的測量值是否正確10.

查詢語句

(1)

TinyDB系統(tǒng)的查詢語句

TinyDB系統(tǒng)的查詢語言是基于SQL的查詢語言，稱為TinySQL。該查詢語言支持選擇、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)定存儲點和簡單的連接操作。

(2)

Cougar系統(tǒng)的查詢語句

Cougar系統(tǒng)提供了一種類似于SQL的查詢語言。在很多傳感器網(wǎng)絡應用中，對環(huán)境進行連續(xù)周期性地監(jiān)測特別重要。因此，Cougar系統(tǒng)的查詢語言提供了對連續(xù)周期性查詢的支持。11.

數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)中心存儲方法：

（1）

地理散列函數(shù)

使用地理散列方法，一個數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字被散列函數(shù)隨機地映射為一二個地理位置，即地理坐標(x,y)

（2）

地理路由協(xié)議GPSR

GPSR是為移動AdHoc網(wǎng)絡設(shè)計的一種路由協(xié)議。給定一個節(jié)點的位置坐標，GPSR根據(jù)節(jié)點的位置信息就可把數(shù)據(jù)包路由至該節(jié)點

（3）

地列散列方法如何利用GPSR（見7.6.3）

（4）

增強地列散列函數(shù)的魯棒性

（5）

地列散列方法的結(jié)構(gòu)復制12.數(shù)據(jù)中心存儲方法

(1)地理散列函數(shù)：將一個輸入映射到一個地理位置的函數(shù)

(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)得到一個位置，通過GPSR協(xié)議找距該位置最近的節(jié)點并存入數(shù)據(jù)）

(4)增強地理散列方法的魯棒性

五、無線傳感器網(wǎng)絡的MAC層

1.

IEEE802.11協(xié)議

協(xié)議定義了兩種類型的設(shè)備，一種是無線站，通常是通過一臺PC機器加上一塊無線網(wǎng)絡接口卡構(gòu)成的，另一個被稱為無線接入點，作用是提供無線和有線網(wǎng)絡之間的橋梁

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層訪問機制

(1)

分布式協(xié)調(diào)功能（DCF），用來傳輸異步數(shù)據(jù)，同時也是支持PCF機制的基礎(chǔ)。DCF機制可被應用于所有站點，無論其拓撲結(jié)構(gòu)是基本網(wǎng)絡配置還是IBSS

(2)

點協(xié)調(diào)功能（PCF），只可用于基本網(wǎng)絡配置的拓撲結(jié)構(gòu)。PCF工作原理主要是輪詢機制，即由一個點協(xié)調(diào)器來制定令牌的循環(huán)。3.

DCF中RTS/CTS訪問機制

在無線局域網(wǎng)中，經(jīng)常出現(xiàn)隱藏終端的問題。為了解決這種問題，DCF可利用RTS和CTS兩個控制幀來進行新到預約。

具體實現(xiàn)過程：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)時間NAV字段進行休眠

4.

基于競爭的MAC協(xié)議

基本思想：當節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過競爭的方式來使用無線信道，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)議的主要機制

A.

周期性偵聽和睡眠（作用、原理和步驟）

作用、原理：為了減少能力消耗，節(jié)點要盡量處于低功耗的睡眠狀態(tài)。每個節(jié)點獨立地調(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)點應該盡量維持睡眠和偵聽調(diào)度周期的同步。

步驟：當節(jié)點啟動工作時，首先偵聽一段相同的定長度的時間，如果在這段偵聽時間內(nèi)收到了其他節(jié)點的調(diào)度信息，則將它的調(diào)度周期設(shè)置得與鄰居節(jié)點相同，并在等待一段隨機時間后廣播它的調(diào)度信息。當節(jié)點收到多個鄰居節(jié)點的不同調(diào)度信息時，可以選擇其第一個收到的調(diào)度信息，并記錄收到的所有調(diào)度信息。如果節(jié)點在這段偵聽時間內(nèi)沒有收到其他的調(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，如果收到了鄰居的不同調(diào)度，則分為兩種情況：如果沒有收到過與自己調(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)點已經(jīng)收到過與自己調(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)點進行通信

B.

流量自適應偵聽機制。流量自適應的偵聽，減少消息在網(wǎng)絡中的傳輸延遲。

C.

串音避免

D.

消息傳遞。通過消息分割和突發(fā)傳遞機制來減少控制消息的開銷和消息的傳遞延遲。

（2）

T-MAC協(xié)議

基本工作原理：通過采用周期性偵聽和睡眠的工作方式來減少空閑偵聽。周期長度是固定不變的，節(jié)點的偵聽活動時間也是固定的。

協(xié)議提出了兩種方法解決早睡問題：

A.

未來請求發(fā)送

B.

滿緩沖區(qū)優(yōu)先

（3）

Sift協(xié)議5.

基于分簇網(wǎng)絡的MAC協(xié)議（基于TDMA的無線傳感網(wǎng)絡

MAC協(xié)議）

為了適應1簇內(nèi)節(jié)點的動態(tài)變化，2及時發(fā)現(xiàn)新節(jié)點，3使用能量相對高的結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)等目的，協(xié)議將時間幀分為周期性的4個階段：

(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

六、無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議的技術(shù)標準

1.

IEEE802.15.4標準概述

IEEE802.15.4標準定義的LR

WPAN網(wǎng)絡有如下特點：

在不同的載波頻率下實現(xiàn)20KB/s,

40KB/s和250KB/s

3種不同的傳輸速率

(2)

支持星型和點對點兩種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

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展地址支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)（CSMA/CA）

(5)

支持確認機制，保證了傳輸?shù)目煽啃?/p>

2.

物理層

定義了27個信道，信道跨越3個頻段，具體包括2.4GHz的16個信道，915MHz的10個信道，868MHz的1個信道3.

ZigBee協(xié)議標準

ZigBee技術(shù)是一種面向自動化和無線控制的低速率低功耗低價格的無線網(wǎng)絡方案

ZigBee無線設(shè)備傳輸距離為10~75m，具體數(shù)值取決于射頻環(huán)境和特定應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915MHz，通訊速率40KB/s

（3）

歐洲868MHz，通訊速率20KB/s

ZigBee網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)：星型網(wǎng)絡、網(wǎng)狀網(wǎng)絡、簇樹形網(wǎng)絡

ZigBee的技術(shù)特點：

（1）

數(shù)據(jù)傳輸速率低，數(shù)據(jù)率只有20~250

KB/s，專注于低速傳輸應用。

（2）

有效范圍小，有效范圍在10~75m內(nèi)

（3）

工作頻段靈活，三個頻段均為無需申請的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，采用了碰撞避免機制，并為需要固定帶寬業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突

（6）

成本低，速率低，協(xié)議簡單，另外使用ZigBee協(xié)議可免專利費。

（7）

時延短，針對時延敏感的應用做了優(yōu)化

（8）

網(wǎng)絡容量大，一個ZigBee網(wǎng)絡可容納多大254個從設(shè)備和一個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)可布置多達100個ZigBee網(wǎng)絡

（9）

安全，提供數(shù)據(jù)完整性檢查和認證功能，加密算法采用AES-128，應用層安全屬性可根據(jù)需求來配置。

4.

藍牙(1)

運行在2.4GHz的非授權(quán)ISM頻段，通訊距離只有10m左右

(2)

在基帶中，藍牙為微微網(wǎng)的主設(shè)備和從設(shè)備之間提供了兩種基本的物理鏈路類型，即同步面向連接鏈路（SCO）和異步無連接鏈路（ACL）

5.

UWB：超寬帶技術(shù)

特點：利用持續(xù)時間非常短（納秒級）的窄脈沖形式來傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百Mbps以上

七、無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議

1.

無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議分類

(1)

按元及誒單獲取路徑的方法

A.

主動路由協(xié)議

B.

按需路由協(xié)議

C.

混合路由協(xié)議

(2)

按節(jié)點參與通信的方式

直接通信路由協(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)點以廣播的形式轉(zhuǎn)發(fā)報文給所有的鄰居節(jié)點；設(shè)定了生命期限，直到傳輸?shù)侥繕斯?jié)點或生命期限變?yōu)?為止。

A.

優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，適用于健壯性要求高的場合

B.

缺點：使得網(wǎng)絡中無效的數(shù)據(jù)傳輸急劇增加，從而出現(xiàn)信息爆炸現(xiàn)象，消耗本來緊張的能量、存儲空間等資源；信息重疊情況大量出現(xiàn)。

（2）

閑聊法

隨機選擇某一個鄰居節(jié)點，作為轉(zhuǎn)發(fā)的下一個節(jié)點，向它發(fā)送一份數(shù)據(jù)副本

A.

優(yōu)點：避免了信息爆炸問題

B.

缺點：仍然無法解決出現(xiàn)的部分數(shù)據(jù)交疊現(xiàn)象和盲目使用資源的問題；數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄鶗r延被拉長，傳輸速度變慢，無謂的資源消耗依然很多。

3.

TEEN

閾值敏感的高效無線傳感網(wǎng)絡

TEEN協(xié)議是一個基于簇群的路由協(xié)議，也是由LEACH發(fā)展而來的。定義了硬門限和軟門限兩個概念。

達不到門限值，節(jié)點就無法和簇頭節(jié)點通信，用戶就無法從網(wǎng)絡得到任何數(shù)據(jù)。即使節(jié)點死亡，用戶也不知道。4.

能力消耗源：嘗試在通信、計算相關(guān)的能量消耗之間達到一個平衡

分為兩類：通信相關(guān)的能量消耗、計算相關(guān)的能量消耗

5.

基于查詢的路由

(1)

定向擴散（DD）路由的四個階段

A.

興趣擴散階段

B.

梯度建立階段

C.

數(shù)據(jù)傳播階段

D.

路徑加強階段

(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（當一個節(jié)點檢測到一個事件，它將事件添加到該節(jié)點自身保存的事件表中。然后產(chǎn)生一個被稱為代理的生命期較長的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機路徑向外擴撒傳播，同時匯聚節(jié)點發(fā)送的查詢消息也沿著隨機路徑在網(wǎng)絡中傳播。當代理消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時，就會形成一條匯聚節(jié)點到事件區(qū)域的完整路徑）。執(zhí)行過程如下：

A.

每個傳感器節(jié)點都維護一個鄰居列表和一個事件列表

B.

傳感器節(jié)點在本地檢測到一個事件時，就在事件列表中增加一個表項，設(shè)置相關(guān)的事件名稱、跳數(shù)等，同時根據(jù)一定的概率產(chǎn)生一個代理消息

C.

網(wǎng)絡的任何節(jié)點都可以針對一個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)點會沿著查詢消息的反方向?qū)⑹录畔鬟_到查詢節(jié)點6.

地理位置路由

GPSR的前提：GPSR協(xié)議默認網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都可以通過GPS或者其他方法獲知自己的地理位置信息

路由開始時，采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式