無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

第一章1、 傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)定義是這樣的：傳感器網(wǎng)絡(luò)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)，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，并報(bào)告給用戶。它的英文是WirelessSensorNetwork,簡(jiǎn)稱WSN。2、 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分為兩種：1、無(wú)線蜂窩網(wǎng)，是一種有基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，需要固定基點(diǎn)（無(wú)線局域網(wǎng)也是）2、無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)，又稱無(wú)線AdHoc網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)是分布式的，沒(méi)有固定基點(diǎn)AdHoc分為兩類：移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層3、 無(wú)線傳感器的組成：傳感器、感知對(duì)象和用戶是傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)基本元素。4、 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體系：由分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)組成（1） 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、（應(yīng)用層）（2） 網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)：拓?fù)淇刂?、服?wù)質(zhì)量管理、能量管理、安全管理、移動(dòng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理（3） 應(yīng)用支撐平臺(tái)：時(shí)間同步、定位、應(yīng)用服務(wù)接口、網(wǎng)絡(luò)管理接口5、 傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別：無(wú)線自組網(wǎng)是由幾十到上百個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的、采用無(wú)線通信方式的、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的、多跳的移動(dòng)性對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了監(jiān)測(cè)、控制和無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，結(jié)點(diǎn)數(shù)目更為龐大；它的結(jié)點(diǎn)分布更為密集；由于環(huán)境影響和能量耗盡，結(jié)點(diǎn)更容易出現(xiàn)故障；環(huán)境干擾和結(jié)點(diǎn)故障易照成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；通常情況下大多數(shù)傳感器的結(jié)點(diǎn)是固定不動(dòng)的。另外，傳感器結(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力等都十分有限。傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供高質(zhì)量服務(wù)和高效帶寬利用，其次才考慮節(jié)約能源；而傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是能源的高效使用。6、 傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的區(qū)別：現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間、實(shí)現(xiàn)雙向單行多結(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放化、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)報(bào)告?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)從而控制物理環(huán)境，所以從某種程度上說(shuō)它與傳感器網(wǎng)絡(luò)非常相似。我們甚至可以將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)看作是無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)例。但是兩者的區(qū)別是明顯的，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點(diǎn)不是數(shù)十毫秒范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)性，而是具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用，這些應(yīng)用能夠容許較長(zhǎng)時(shí)間的延遲和抖動(dòng)。另外，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些自適應(yīng)協(xié)議在現(xiàn)場(chǎng)總線中并不需要，如多跳、自組織的特點(diǎn)，而且現(xiàn)場(chǎng)總線及其協(xié)議也不考慮節(jié)約能源問(wèn)題。7、 傳感器結(jié)點(diǎn)的限制條件：1、電源能量的有限2、通信能力受限3、計(jì)算和存儲(chǔ)能力受限8、 組網(wǎng)特點(diǎn)：1、自組織性2、以數(shù)據(jù)為中心3、應(yīng)用相關(guān)性4、動(dòng)態(tài)性5、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大6、高可靠性9、 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段：1、 第一階段：20世紀(jì)70年代越戰(zhàn)時(shí)期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。標(biāo)志事件：“熱帶樹”2、 第二階段：20世紀(jì)80年代至90年代之間的傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)集成化。標(biāo)志事件：商業(yè)周刊3、 第三階段：從21世紀(jì)至今的多跳自組網(wǎng)。標(biāo)志事件“9.11”第二章1、傳感器的定義和作用傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探頭通常代表了用戶的功能需求，終端傳感器技術(shù)是支撐和最大化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能的基石，為網(wǎng)絡(luò)提供了豐富多彩的業(yè)務(wù)功能。什么是傳感器？一般來(lái)說(shuō)能夠把特定的被測(cè)量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)（電信號(hào)、光信號(hào)等）的器件或裝置，我們把它稱為傳感器。傳感器的作用類似于人的感覺(jué)器官，是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與控制的首要環(huán)節(jié)。2、 傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件是傳感器中能感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的信號(hào)（一般指電信號(hào)）部分?；巨D(zhuǎn)換電路可以對(duì)獲得的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等。另外，基本轉(zhuǎn)換電路工作時(shí)必須有輔助電源。3、 傳感器的分類按被測(cè)量與輸出電量的轉(zhuǎn)換原理劃分，可分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型兩大類。能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接將被測(cè)對(duì)象（如機(jī)械量）的輸入轉(zhuǎn)換成電能。屬于這種類型的傳感器包括壓電式傳感器、磁電式傳感器、熱電偶傳感器等。能量控制型傳感器直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電參量（如電阻等），依靠外部輔助電源才能工作，并且由被測(cè)量控制外部供給能量的變化。屬于這種類型的傳感器包括電阻式、電感式、電容式等。傳感器按測(cè)量原理分類，主要有物理和化學(xué)原理，包括電參量式、磁電式、磁致伸縮式、壓電式和半導(dǎo)體式等。執(zhí)行器按控制系統(tǒng)要求，應(yīng)具備高精確度控制和快速響應(yīng)的能力，主要有電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、壓電陶瓷執(zhí)行器和納米執(zhí)行器等。按被測(cè)量的性質(zhì)不同劃分為位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器等。按輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為開關(guān)型（二值型）、數(shù)字型、模擬型。數(shù)字式傳感器能把被測(cè)的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、易于微機(jī)接口、便于信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。2.2常見(jiàn)傳感器的類型介紹（名、問(wèn)）1、 能量控制型傳感器能量控制型傳感器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電參量，在工作過(guò)程中不能起換能作用，需從外部供給輔助能源使其工作，所以又稱作無(wú)源傳感器。電阻式、電容式、電感式均屬這一類型。2、 能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機(jī)械量變化后，輸出電壓、電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出信號(hào)，傳感器本身相當(dāng)于一個(gè)電壓源或電流源，因而這種傳感器又叫做有源傳感器。壓電式、磁電式和熱電式傳感器等均屬這一類型。3、 光敏傳感器光敏傳感器是一種感應(yīng)光線強(qiáng)弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光強(qiáng)度不同時(shí)，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會(huì)有變化。常見(jiàn)的光敏傳感器有光電式傳感器、色敏傳感器、CCD圖像傳感器和紅外/熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。4、 氣、濕敏傳感器氣敏傳感器是一種能將檢測(cè)到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體的探測(cè)與報(bào)警，以預(yù)測(cè)災(zāi)害性事故的發(fā)生。5、 集成與智能傳感器集成傳感器是將敏感元件、測(cè)量電路和各種補(bǔ)償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)和性能好的特點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感器、集成壓力傳感器、集成霍爾傳感器等。若將幾種不同的敏感元件集成在一個(gè)芯片上，可以制成多功能傳感器，可同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)。智能傳感器（SmartSensor）是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲(chǔ)以及邏輯分析判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、信號(hào)處理電路和微處理器集成為一個(gè)整體。智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能。具有判斷和信息處理功能，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行各種修正和誤差補(bǔ)償。實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測(cè)量。自動(dòng)診斷故障。具有數(shù)字通信接口，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。2.3傳感器的一般特性和正確選型2.3.1傳感器的一般特性1、 靈敏度傳感器的靈敏度指?jìng)鞲衅鬟_(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即K=^出變化量福入變化量=△Y/AX=dy/dx2、 響應(yīng)特性3、 線性范圍4、 穩(wěn)定性5、 重復(fù)性6、 漂移7、 精度8、 分辨度(力)9、 遲滯2.3.2傳感器選型的原則1、 測(cè)量對(duì)象與環(huán)境2、 靈敏度3、 頻率響應(yīng)特性4、 線性范圍5、 穩(wěn)定性6、 精度2.4微型傳感器的應(yīng)用示例P382.4.2磁阻傳感器用于車輛探測(cè)1、磁感應(yīng)探測(cè)原理運(yùn)動(dòng)車輛的每個(gè)部分都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可重復(fù)的對(duì)地球磁場(chǎng)的擾動(dòng)，不管車輛向哪個(gè)方向行駛，這個(gè)特征都會(huì)被可靠地檢測(cè)到。檢測(cè)車輛存在的另一種方法是觀察磁場(chǎng)變化的大小，磁場(chǎng)大小的變化表明了對(duì)地磁場(chǎng)整體的干擾程度。30。n20015030。n200150100用途P430 , .?—? ,第三章傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信與組網(wǎng)技術(shù)一h物理層的主要功能如下：傳感器與車間距關(guān)翌為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DataTerminalEquipment,DTE)提供傳送數(shù)據(jù)的通路。傳輸數(shù)據(jù)。其他管理工作。2、 通常物理接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理接口的四個(gè)特性進(jìn)行了描述：機(jī)械特性。它規(guī)定了物理連接時(shí)使用的可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中的引腳數(shù)量和排列情況等。電氣特性。它規(guī)定了在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流時(shí)，線路上信號(hào)電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。功能特性。它規(guī)定了物理接口上各條信號(hào)線的功能分配和確切定義。物理接口信號(hào)線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線。規(guī)程特性。它定義了信號(hào)線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸線的一組操作過(guò)程，包括各信號(hào)線的工作規(guī)則和時(shí)序。3、 無(wú)線通信物理層的主要技術(shù)介質(zhì)和頻段選擇無(wú)線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無(wú)線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無(wú)線通信。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，電磁波分為無(wú)線電波、微波、紅外線、毫米波和光波等，其中無(wú)線電波在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。調(diào)制技術(shù)調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常信號(hào)源的編碼信息(即信源)含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號(hào)。基帶信號(hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因而要將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號(hào)，以便于進(jìn)行信道傳輸。通常將帶通信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影響，采用什么方法調(diào)制和解調(diào)往往在很大程度上決定著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。根據(jù)調(diào)制中采用的基帶信號(hào)的類型，可以將調(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制是用模擬基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著模擬基帶信號(hào)的變化而變化。數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過(guò)渡，因此數(shù)字調(diào)制已經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻又稱為擴(kuò)展頻譜，它的定義如下：擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成，用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)；在接收端用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)和恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻技術(shù)按照工作方式的不同，可以分為以下四種：直接序列擴(kuò)頻(DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS)、跳頻(FrequencyHoppingSpreadSpectrum,FHSS)、跳時(shí)(TimeHoppingSpreadSpectrum,THSS)和寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻(chirpSpreadSpectrum,chirp-SS，簡(jiǎn)稱切普擴(kuò)頻)。4、 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層的特點(diǎn)ISM特點(diǎn)：“工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療”(Industrial，ScientificandMedical,ISM)頻段，ISM頻段的優(yōu)點(diǎn)在于它是自由頻段，無(wú)須注冊(cè)，可選頻譜范圍大，實(shí)現(xiàn)起來(lái)靈活方便。ISM頻段的缺點(diǎn)主要是功率受限，另外與現(xiàn)有多種無(wú)線通信應(yīng)用存在相互干擾問(wèn)題。5、 傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層的設(shè)計(jì)5.1、傳輸介質(zhì)目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)包括無(wú)線電、紅外線和光波等。在無(wú)線電頻率選擇方面，ISM頻段是一個(gè)很好的選擇。因?yàn)镮SM頻段在大多數(shù)國(guó)家屬于無(wú)須注冊(cè)的公用頻段。5.2、物理層幀結(jié)構(gòu)物理幀的第一個(gè)字段是前導(dǎo)碼，字節(jié)數(shù)一般取4,用于收發(fā)器進(jìn)行碼片或者符號(hào)的同步。第二個(gè)字段是幀頭，長(zhǎng)度通常為一個(gè)字節(jié)，表示同步結(jié)束，數(shù)據(jù)包開始傳輸。幀頭與前導(dǎo)碼構(gòu)成了同步頭。幀長(zhǎng)度字段通常由一個(gè)字節(jié)的低7位表示，其值就是后續(xù)的物理層PHY負(fù)載的長(zhǎng)度，因此它的后續(xù)PHY負(fù)載的長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)127個(gè)字節(jié)。物理幀PHY的負(fù)載長(zhǎng)度可變，稱為物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PHYServiceDataUnite,PSDU)，攜帶PHY數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，PSDU域是物理層的載荷。4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)可變長(zhǎng)度前導(dǎo)碼幀頭幀長(zhǎng)度(7比特)保留位PSDU同步頭幀的長(zhǎng)度，最大為128字節(jié)PHY負(fù)載5.3、物理層設(shè)計(jì)技術(shù)物理層需要考慮編碼調(diào)制技術(shù)、通信速率和通信頻段等問(wèn)題：編碼調(diào)制技術(shù)影響占用頻率帶寬、通信速率、收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)和功率等一系列的技術(shù)參數(shù)。比較常見(jiàn)的編碼調(diào)制技術(shù)包括幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控和各種擴(kuò)頻技術(shù)。提高數(shù)據(jù)傳輸速率可以減少數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間，對(duì)于節(jié)能具有意義，但需要同時(shí)考慮提高網(wǎng)絡(luò)速度對(duì)誤碼的影響。一般用單個(gè)比特的收發(fā)能耗來(lái)定義數(shù)據(jù)傳輸對(duì)能量的效率，單比特能耗越小越好。目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議可以按照下列條件進(jìn)行分類：采用分布式控制還是集中控制；使用單一共享信道還是多個(gè)信道；采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問(wèn)信道方式。6、MAC協(xié)議6.1、 傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議分為以下三種：時(shí)分復(fù)用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)接入方式。無(wú)線信道時(shí)分復(fù)用(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)方式給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配固定的無(wú)線信道使用時(shí)段，避免節(jié)點(diǎn)之間相互干擾。隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式。如果采用無(wú)線信道的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式，節(jié)點(diǎn)在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)隨機(jī)使用無(wú)線信道，盡量減少節(jié)點(diǎn)間的干擾。典型的方法是采用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CarrierSenseMultipleAccess，CSMA)的MAC協(xié)議。競(jìng)爭(zhēng)與固定分配相結(jié)合的接入方式。通過(guò)混合采用頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用等方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間無(wú)沖突的無(wú)線信道分配。6.2、 CSMA/CA機(jī)制的定義所謂的CSMA/CA機(jī)制是指在信號(hào)傳輸之前，發(fā)射機(jī)先偵聽(tīng)介質(zhì)中是否有同信道載波，若不存在，意味著信道空閑，將直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)；若存在載波，則在隨機(jī)退避一段時(shí)間后重新檢測(cè)信道。這種介質(zhì)訪問(wèn)控制層的方案簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的過(guò)程。6.3在DCF工作方式下，載波偵聽(tīng)機(jī)制通過(guò)物理載波偵聽(tīng)和虛擬載波偵聽(tīng)來(lái)確定無(wú)線信道的狀態(tài)。物理載波偵聽(tīng)由物理層提供，虛擬載波偵聽(tīng)由MAC層提供。

ABCDRTSI數(shù)^數(shù)據(jù)NAV6.4RTSI數(shù)^數(shù)據(jù)NAV根據(jù)CSMA/CA協(xié)議，當(dāng)節(jié)點(diǎn)要傳輸一個(gè)分組時(shí)，它首先偵聽(tīng)信道狀態(tài)。如果信道空閑，而且經(jīng)過(guò)一個(gè)幀間間隔時(shí)間DIFS后，信道仍然空閑，則站點(diǎn)立即開始發(fā)送信息。如果信道忙，則站點(diǎn)始終偵聽(tīng)信道，直到信道的空閑時(shí)間超過(guò)DIFS。當(dāng)信道最終空閑下來(lái)的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步使用二進(jìn)制退避算法，進(jìn)入退避狀態(tài)來(lái)避免發(fā)生碰撞。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入退避狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)退避計(jì)時(shí)器，當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到退避時(shí)間后結(jié)束退避狀態(tài)。在退避狀態(tài)下，只有當(dāng)檢測(cè)到信道空閑時(shí)才進(jìn)行計(jì)時(shí)。如果信道忙，退避計(jì)時(shí)器中止計(jì)時(shí)，直到檢測(cè)到信道空閑時(shí)間大于DIFS后才繼續(xù)計(jì)時(shí)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)推遲且進(jìn)入隨機(jī)退避時(shí)，利用隨機(jī)函數(shù)選擇最小退避時(shí)間的節(jié)點(diǎn)作為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勝者。節(jié)點(diǎn) A節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) A節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn) C節(jié)點(diǎn) D節(jié)點(diǎn) E剩余退避時(shí)間6.6802.11MAC協(xié)議通過(guò)立即主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制和預(yù)留機(jī)制業(yè)提高性能。在主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制中，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)發(fā)送給它的有效數(shù)據(jù)幀(DATA)時(shí)，必須向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀(ACK)，確認(rèn)數(shù)據(jù)已被正確接收到。為了保證目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送ACK過(guò)程中不與其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)使用SIFS幀間隔。主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制只能用于有明確目標(biāo)地址的幀，不能用于組播和廣播報(bào)文傳輸。

7、S-MAC協(xié)議的應(yīng)用1、S-MAC協(xié)議采用的主要機(jī)制周期性偵聽(tīng)和睡眠機(jī)制流量自適應(yīng)偵聽(tīng)機(jī)制沖突和串音避免機(jī)制消息傳遞機(jī)制8、路由協(xié)議8.1路由協(xié)議概述(名)路由選擇(routing)是指選擇互連網(wǎng)絡(luò)從源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息的行為，并且信息至少通過(guò)一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，它包括兩個(gè)功能：①尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑；②將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。8.2、與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議具有以下特點(diǎn):能量?jī)?yōu)先基于局部拓?fù)湫畔⒁詳?shù)據(jù)為中心應(yīng)用相關(guān)8.3、在根據(jù)具體應(yīng)用設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)，必須滿足如下要求:能量高效可擴(kuò)展性穩(wěn)健性快速收斂性8.4、我們從各種應(yīng)用的角度出發(fā)，將路由協(xié)議分為四類:能量感知路由協(xié)議基于查詢的路由協(xié)議地理位置路由協(xié)議可靠的路由協(xié)議9、典型路由協(xié)議：定向擴(kuò)散路由定向擴(kuò)散(DirectedDiffusion,DD)路由協(xié)議是一種基于查詢的路由機(jī)制。定向擴(kuò)散路由機(jī)制可以分為周期性的興趣擴(kuò)散、梯度建立和路徑加強(qiáng)三個(gè)階段:源匯聚節(jié)點(diǎn)源(b)梯度建立匯聚節(jié)點(diǎn)(a)興趣傳播(1)興趣擴(kuò)散階段0 0源匯聚節(jié)點(diǎn)源(b)梯度建立匯聚節(jié)點(diǎn)(a)興趣傳播(1)興趣擴(kuò)散階段源'* i'"' f匯聚節(jié)點(diǎn)0 0(c)加強(qiáng)路徑在路由協(xié)議的興趣擴(kuò)散階段，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性地向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播興趣消息。興趣消息中含有任務(wù)類型、目標(biāo)區(qū)域、數(shù)據(jù)發(fā)送速率、時(shí)間戳等參數(shù)。（2） 數(shù)據(jù)傳播階段當(dāng)傳感器探測(cè)節(jié)點(diǎn)采集到與興趣匹配的數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)發(fā)送到梯度上的鄰居節(jié)點(diǎn)，并按照梯度上的數(shù)據(jù)傳輸速率，設(shè)定傳感器模塊采集數(shù)據(jù)的速率。由于可能從多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)收到興趣消息，節(jié)點(diǎn)向多個(gè)鄰居發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)可能收到經(jīng)過(guò)多個(gè)路徑的相同數(shù)據(jù)。（3） 路徑加強(qiáng)階段定向擴(kuò)散路由機(jī)制通過(guò)正向加強(qiáng)機(jī)制來(lái)建立優(yōu)化路徑，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓瘉?lái)修改數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的梯度關(guān)系。興趣擴(kuò)散階段是為了建立源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑，數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)以較低速率來(lái)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，我們稱這個(gè)階段建立的梯度為探測(cè)梯度。定向擴(kuò)散路由在路由建立時(shí)需要一個(gè)興趣擴(kuò)散的洪泛傳播，在能量和時(shí)間方面開銷較大，尤其是當(dāng)?shù)讓覯AC協(xié)議采用休眠機(jī)制時(shí)，有時(shí)可能造成興趣建立的不一致，因而在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意避免這些問(wèn)題。第四章1、 傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的意義無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步管理主要是指時(shí)間上的同步管理。在分布式的無(wú)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。有時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力有限，或者某些應(yīng)用的需要，使得整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能要求網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)相互配合來(lái)共同完成，分布式系統(tǒng)的協(xié)同工作需要節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步，因此，時(shí)間同步機(jī)制是分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)框架的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。2、 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步機(jī)制的意義和作用主要體現(xiàn)在如下兩方面：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，不同的節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)最終融合形成了一個(gè)有意義的結(jié)果。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。在分布式系統(tǒng)中，時(shí)間同步涉及“物理時(shí)間”和“邏輯時(shí)間”兩個(gè)不同的概念。目前已有幾種成熟的傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議，其中RBS、TINY/MINI-SYNC和TPSN被認(rèn)為是三種最基本的傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步機(jī)制。3、 TPSN協(xié)議包括兩個(gè)階段：第一個(gè)階段生成層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)賦予一個(gè)級(jí)別，根節(jié)點(diǎn)賦予最高級(jí)別第0級(jí)，第i級(jí)的節(jié)點(diǎn)至少能夠與一個(gè)第（i—1）級(jí)的節(jié)點(diǎn)通信；第二個(gè)階段實(shí)現(xiàn)所有樹節(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。4、 時(shí)間同步的應(yīng)用實(shí)例（看）P685、 定位的含義無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位問(wèn)題的含義是指自組織的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定方法提供節(jié)點(diǎn)的位置信息。6、 位置信息的分類位置信息有物理位置和符號(hào)位置兩大類。7、 基于測(cè)距的定位技術(shù)測(cè)距：指兩個(gè)相互通信的節(jié)點(diǎn)通過(guò)測(cè)量方式來(lái)估計(jì)出彼此之間的距離或角度。7.1、測(cè)距方法1） 接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）2） 到達(dá)時(shí)間/到達(dá)時(shí)間差（ToA/TDoA）

到達(dá)角(AoA)6.2、 多邊定位7.2、 無(wú)需測(cè)距的定位技術(shù)1、 質(zhì)心算法2、 DV-Hop算法8、 數(shù)據(jù)融合的定義數(shù)據(jù)融合也被人們稱作信息融合，是一種多源信息處理技術(shù)，它通過(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)或判決。這個(gè)定義包含三個(gè)要點(diǎn)：數(shù)據(jù)融合是多信源、多層次的處理過(guò)程，每個(gè)層次代表信息的不同抽象程度；數(shù)據(jù)融合過(guò)程包括數(shù)據(jù)的檢測(cè)、關(guān)聯(lián)、估計(jì)與合并；數(shù)據(jù)融合的輸出包括低層次上的狀態(tài)身份估計(jì)和高層次上的總戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)的評(píng)估。目雜干噪標(biāo)'波'環(huán)境擾聲9、 源信息、傳感器與環(huán)境之間的關(guān)系：目雜干噪標(biāo)'波'環(huán)境擾聲1源數(shù)據(jù)源圖像源波形10、數(shù)據(jù)融合的內(nèi)容主要包括：多傳感器的目標(biāo)探測(cè)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識(shí)別、情況評(píng)估和預(yù)測(cè)。11、 數(shù)據(jù)融合的主要作用可歸納為以下幾點(diǎn)：提高信息的準(zhǔn)確性和全面性。降低信息的不確定性。提高系統(tǒng)的可靠性。增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。12、 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)融合起著十分重要的作用，它的主要作用在于：節(jié)省整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量；增強(qiáng)所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；提高收集數(shù)據(jù)的效率。13、 傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行分類，這里介紹三種分類方法:依據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量進(jìn)行分類；依據(jù)數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用層數(shù)據(jù)語(yǔ)義的關(guān)系進(jìn)行分類；依據(jù)融合操作的級(jí)別進(jìn)行分類。14、 數(shù)據(jù)融合的主要方法綜合平均法卡爾曼濾波法貝葉斯估計(jì)法D-S證據(jù)推理法統(tǒng)計(jì)決策理論模糊邏輯法產(chǎn)生式規(guī)則法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法15、 根據(jù)類SQL語(yǔ)言進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)處理的示例p8916、 能量管理的意義在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中，能量消耗E與通信距離d存在關(guān)系：E=kdn,其中k為常量，2WnW4。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)體積小，發(fā)送端和接收端都貼近地面，干擾較大，障礙物較多，所以n通常接近于4,即通信能耗與距離的四次方成正比。從上述的關(guān)系式反映出，隨著通信距離的增加，能耗急劇增加。通常為了降低能耗，應(yīng)盡量減小單跳通信距離。簡(jiǎn)單地說(shuō)，多個(gè)短距離跳的數(shù)據(jù)傳輸比一個(gè)長(zhǎng)跳的傳輸能耗會(huì)低些。因此，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中要減少單跳通信距離，盡量使用多跳短距離的無(wú)線通信方式。17、 傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源節(jié)能方法1、 休眠機(jī)制硬件支持專門的節(jié)點(diǎn)功率管理機(jī)制動(dòng)態(tài)電源管理動(dòng)態(tài)電壓調(diào)度2、 數(shù)據(jù)融合18、 傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題和一般網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題相比而言，它們的出發(fā)點(diǎn)是相同的，都需要解決如下問(wèn)題：機(jī)密性問(wèn)題。點(diǎn)到點(diǎn)的消息認(rèn)證問(wèn)題完整性鑒別問(wèn)題新鮮性問(wèn)題認(rèn)證組播/廣播問(wèn)題安全管理問(wèn)題19、 傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性需求主要來(lái)源于通信安全和信息安全兩個(gè)方面。20、 傳感器網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題的解決方法與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題不同，主要原因如下：有限的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力缺乏后期節(jié)點(diǎn)布置的先驗(yàn)知識(shí)布置區(qū)域的物理安全無(wú)法保證有限的帶寬和通信能量側(cè)重整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全應(yīng)用相關(guān)性21、 傳感器網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題的解決方法與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題不同，主要原因如下：有限的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力缺乏后期節(jié)點(diǎn)布置的先驗(yàn)知識(shí)布置區(qū)域的物理安全無(wú)法保證有限的帶寬和通信能量側(cè)重整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全應(yīng)用相關(guān)性22、 傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全設(shè)計(jì)分析1、物理層物理層面臨的主要問(wèn)題是無(wú)線通信的干擾和節(jié)點(diǎn)的淪陷，遭受的主要攻擊包括擁塞攻擊和物理破壞。擁塞攻擊物理破壞完善物理?yè)p害感知機(jī)制。信息加密。2、 鏈路層碰撞攻擊使用糾錯(cuò)編碼。使用信道監(jiān)聽(tīng)和重傳機(jī)制。耗盡攻擊非公平競(jìng)爭(zhēng)3、 網(wǎng)絡(luò)層(了解)虛假的路由信息。選擇性的轉(zhuǎn)發(fā)。Sinkhole攻擊。Sybil攻擊。Wormhole攻擊。HELLOflood攻擊。確認(rèn)欺騙。4、 傳輸層5、 應(yīng)用層23、傳感器網(wǎng)絡(luò)安全框架協(xié)議：SPINS(知道意思)SPINS安全協(xié)議族是最早的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全框架之一，包含了SNEP(SecureNetworkEncryptionProtocol)和以TESLA(microTimedEfficientStreamingLoss-tolerantauthenticationProtoco1)兩個(gè)安全協(xié)議。第五章1、 網(wǎng)絡(luò)研究與設(shè)計(jì)方法：通常計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計(jì)方法包括分析方法、實(shí)驗(yàn)方法和模擬方法。分析方法是對(duì)所研究對(duì)象和所依存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行初步分析，根據(jù)一定的限定條件和合理假設(shè)，對(duì)研究對(duì)象和系統(tǒng)進(jìn)行描述，抽象出研究對(duì)象的數(shù)學(xué)分析模型。實(shí)驗(yàn)方法的主要內(nèi)容是建立測(cè)試床和實(shí)驗(yàn)室。模擬方法主要是應(yīng)用網(wǎng)