無線傳感網(wǎng)知識點

1、第一章無線傳感網(wǎng)概述1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念：無線傳感器網(wǎng)路是一種由多個無線傳感器節(jié)點和幾個匯聚節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r的檢測、感知和采集節(jié)點 部署區(qū)域的環(huán)境或感興趣的的感知對象的各種信息，并對這些信息進行處理后一無線的方式發(fā)送岀去。2. WSN的特點及優(yōu)勢1）WSNf Ad hoc共有的特征：自組織；分布式；節(jié)點平等；安全性差2）WSN寺有的特征：計算能力不高；能量供應(yīng)不可代替；節(jié)點變化性強；大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)3. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：1）協(xié)議：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，應(yīng)用層物理層：負責載波頻率產(chǎn)生、信號的調(diào)制解調(diào)等工作，提供簡單但健壯的信號調(diào)制和無線收發(fā)技術(shù)。數(shù)據(jù)鏈路層：（1）媒體訪

2、問控制。（2）差錯控制。網(wǎng)絡(luò)層：負責路由發(fā)現(xiàn)和維護，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要因素。傳輸層：負責將傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)提供給外部網(wǎng)絡(luò)，也就是負責網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間和節(jié)點與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信。應(yīng)用層：主要由一系列應(yīng)用軟件構(gòu)成，主要負責監(jiān)測任務(wù)。這一層主要解決三個問題：傳感器管理協(xié)議、任務(wù)分配和數(shù)據(jù)廣播管理協(xié)議， 以及傳感器查詢和數(shù)據(jù)傳播管理協(xié)議。2） 管理平臺：（1）能量管理平臺（2）移動管理平臺（3）任務(wù)管理平臺（1）管理傳感器節(jié)點如何使用資源，在各個協(xié)議層都需要考慮節(jié)省能量。（2）檢測傳感器節(jié)點的移動，維護到匯聚節(jié)點的路由，使得傳感器節(jié)點能夠動態(tài)跟蹤其鄰居的位置。（3）在一個給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)度檢測任務(wù)

3、。4. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)：低能耗，實時性，低成本，安全和抗干擾，協(xié)作第二章無線傳感網(wǎng)物理層設(shè)計1. WSN物理層頻率的選擇：一般選用工業(yè)，科學和醫(yī)療頻段。ISM （醫(yī)療）頻段的主要優(yōu)點是無需注冊的公用頻段、具有大范圍可選頻段、沒有特定標準、靈活使用。歐洲使用433MHZ美國使用915MHZ頻段2. WSN結(jié)構(gòu)采用的是無線射頻通信第三章數(shù)據(jù)鏈路層1. MAC協(xié)議分類：1 ）按節(jié)點的接入方式：偵聽（間斷偵聽：DEANAdeng，喚醒（低功耗前導載波偵聽MAO議），調(diào)度（主要使用在廣播中）2 ）按信道占用數(shù)劃分：單信道（主要采用），雙信道，多信道3 ）信道分配方式：競爭型（S-MAC T-

4、MAC,Sift ），分配型（SMACS TRAMA，混合型（ZMAC， 跨層型2. 分配型MAO議采用TDMA,CDMA,SDMA,FD等技術(shù)3. 數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)鍵問題：能量效率問題，可擴展性，公平性，信道共享，網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化4. 記憶競爭的S-MAC協(xié)議，具有以下特點：（1）周期性的偵聽和睡眠（2）使用虛擬載波偵聽和物理載波偵聽進行沖突避免（3）自適應(yīng)偵聽（4）將長消息分成子段進行消息傳遞5. 基于競爭的T-MAC協(xié)議：為了改進S-MAC協(xié)議不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載調(diào)整自己的調(diào)度周期的缺點，T-MAC協(xié)議根據(jù)一種自適應(yīng)占空比的原理，通過動態(tài)地調(diào)整偵聽與睡眠時間的比值，從而實現(xiàn)節(jié)省能耗的目的。主要解

5、決了早睡的問題6. 基于競爭的Sift協(xié)議：為了解決多個相鄰節(jié)點都會發(fā)現(xiàn)同一事件并傳輸相關(guān)信息而導致空間競爭現(xiàn)象，它采用CSMA機制，競爭窗口的大小原本是設(shè)定好的，采用非均勻概率來決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)，特點如下：（1）無線傳感傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于空間中的競爭（2）基于時間的報告方式（3）感知事件的節(jié)點密度的自適應(yīng)調(diào)整7. 基于分配的SMAO議：該協(xié)議假設(shè)每個節(jié)點都能夠在多個載波頻點上進行切換，將每個雙向信道定義為兩個時間段。SMAC協(xié)、議是一種分布式協(xié)議，允許一個節(jié)點集發(fā)現(xiàn)鄰居并進行信道分配。SMAC、議可避免全局時間同步，從而減少復雜性8. 基于分配的TRAMA、議：該協(xié)議采用了流量自適應(yīng)的分布式選

6、舉算法，節(jié)點交換兩跳內(nèi)的鄰居信息，傳輸分配時指明在時間順序上哪些節(jié)點是目的節(jié)點，然后選擇在每個時隙上的發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點，TRAMA各一個物理信道分成多個時隙，通過對這些時隙的復用為數(shù)據(jù)和控制信息提供信道。9. 混合型Mac、議：ZMAC采用CSMA機制作為基本方法，在競爭加劇時使用TDMA機制來解決信道沖突問題。 ZMAC、議引入了時間幀的概念，每個時間幀又分為若干時隙，在ZMAC、議中，網(wǎng)絡(luò)部署每個節(jié)點執(zhí)行一個時隙分配的DRAN算法。ZMAC、議是一種混合型 MAC、議，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的信道競爭情況動態(tài)地調(diào)整MAC、議所采用的機制，在 CSMA和 TDMA機制之間進行切換，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)量較少時

7、工作在CSMA機制下；在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量較大時，工作在TDMA機制下，使用拓撲信息和同步時鐘信息來改善協(xié)議性能11.跨層MAC協(xié)議：MINA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在MINA架構(gòu)中節(jié)點分為三種類型：大量靜止的低容量傳感器節(jié)點；少量手持移動節(jié)點；靜止的大容量 基站節(jié)點。第四章網(wǎng)絡(luò)層1. 相對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層，無線傳感器具有以下特征：大規(guī)模分布式應(yīng)用，以數(shù)據(jù)為中心，基于局部拓撲信息，基于應(yīng)用，數(shù)據(jù)的融合2. 網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵問題：節(jié)能，高擴展性，容錯性，數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通信量分布不均3. 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議：1） 基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議：SPIN、DD路由協(xié)議2） 基于集群結(jié)構(gòu)協(xié)議：LEACH TEEN APTEEN路由協(xié)議3） 基于地理

8、位置的路由協(xié)議：GEAR GAF路由協(xié)議第五章傳輸層協(xié)議1、傳輸層協(xié)議相對傳統(tǒng)傳輸層協(xié)議：降低傳輸層協(xié)議的能耗，進行有效的擁塞控制，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性2、傳輸層的關(guān)鍵問題：擁塞控制，丟包恢復，優(yōu)先級策略3、傳輸層協(xié)議分類：1 ）基于擁塞控制的傳輸層協(xié)議：PECR COD協(xié)議2 ）記憶可靠性傳輸協(xié)議：FSFQ ESRT協(xié)議3 ）跨層傳輸協(xié)議：RCTP協(xié)議4、wsr#輸層研究的主要內(nèi)容：傳輸層是是最靠近用戶數(shù)據(jù)的一層，主要負責在源和目標之間提供可靠的、性價比合理的數(shù)據(jù)傳輸功能。為了實現(xiàn)傳輸層對上層透明，可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，傳輸層主要研究端到端的流量控制和擁塞的避免，保證數(shù)據(jù)能夠有效無差錯地傳輸?shù)侥康?/p>

9、節(jié)點。主要包括以下幾點：1 降低傳輸層協(xié)議的能耗 2 進行有效的擁塞控制 3 保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性第六章通信標準1、）:能量消耗小、結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它主要致力于解決無線連接在能量值和網(wǎng)絡(luò)吞吐 量低的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。1）四種傳輸頻率：20kbps 40kbps 100kbps 250kbps2）兩種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)：星狀、點狀3）兩種地址格式：16位（由協(xié)調(diào)器分配）、64位（全球統(tǒng)一）4）采用可選的時隙保障（GTS機制5）采用CSMA/CA中突避免的載波多路偵聽技術(shù)6）支持ACKS饋機制，確?？煽總鬏?）硬件根據(jù)設(shè)備所具有的通信能力和硬件條件分為：全功能設(shè)備（FFD）精簡功能設(shè)備（RF

10、D2、協(xié)議棧：1） 物理層：三個載波頻段（工業(yè)、科學、醫(yī)學）分別對應(yīng)2400MHz 250kbps,868MHz、20kbps，915MHZ 40kbps2）鏈路層：LLC、MAC3、ZigBee在基礎(chǔ)上擴展了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，協(xié)議棧如下：應(yīng)用層用戶應(yīng)用接口層ZigBee聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層IEEE82.15.4MAd物理層定義了三種設(shè)備：ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器、ZigBee終端設(shè)備4、無線局域網(wǎng)技術(shù)：1）工作于2.5GHZ或5GHz頻段2） 由無線網(wǎng)卡，無線接入點 AP,無線網(wǎng)橋，無線網(wǎng)關(guān)組成5、 藍牙技術(shù)：采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作

11、在全球通用的2.4GHz ISM頻段，其數(shù)據(jù)率 為1Mbps,采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸6、超寬帶：是一種具備低功耗電與高速傳輸?shù)臒o線個人局域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，適合需要高質(zhì)量服務(wù)的無線通信應(yīng)用，可以用在無線個人局 域網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)連接和短距離雷達等鄰域。它不采用連續(xù)的正弦波，而是利用脈沖信號傳送信息7、UWB多條網(wǎng)絡(luò)鏈路層協(xié)議模型：MAC子層協(xié)議模型和LLC子層協(xié)議模型 第七章時間同步技術(shù)1、時間同步技術(shù)概述：使網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的本地時間基本保持一致1）按照網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深度可分為：時序確定，相對同步，絕對同步2）參考時間來源：外同步，內(nèi)同步3）關(guān)鍵問題：傳輸時延不可預測，高能效，可擴展，健壯4）

12、技術(shù)：DMTS同步、RBS同步、TPSN同步、FTSP同步2、傳統(tǒng)協(xié)議比較： P132RBSTPSNFTSP精度方面較高優(yōu)于RBS明顯優(yōu)于前兩者收斂性方面收斂時間較短較長較短擴展性方面較好很差很好魯棒性方面較好很差很好能耗方面較大較小很小第八章節(jié)點定位技術(shù)1、衡量節(jié)點定位技術(shù)好壞：定位區(qū)域與精度，實時性，能耗2、 三邊定位技術(shù)測量兩節(jié)點之間的距離的算法：根據(jù)接受信號強度定位（RSSI），根據(jù)信號傳播時間測距（TOA，根據(jù)到達時間差測距（TDOA3、基于非測距定位技術(shù)的基本原理：基于連通性的定位，基于跳數(shù)的定位第十二章仿真技術(shù)1、WSN方真方法必須具備以下關(guān)鍵特性：可伸縮性，完整性，可信性，橋梁

13、作用，具有能量模型2、仿真模擬工具主要有： NS2 OPNET TOSSIM3、仿真軟件比較：課本P220第十三章硬件開發(fā)1、傳感器節(jié)點體系結(jié)構(gòu)：有傳感器模塊，處理器模塊，無線通信模塊，能量供應(yīng)模塊組成2、傳感器節(jié)點硬件平臺的設(shè)計中需要從以下幾個方面考慮1 微型化：無線傳感器節(jié)點應(yīng)該在體積上足夠小，保證對目標系統(tǒng)本身的特性不會造成影響，或者所造成的影響可忽略不計。2低功耗：由于設(shè)備的體積有限，通常攜帶的電池能量有限。有的部署區(qū)域環(huán)境復雜，人員不能到達。3、擴展性和靈活性：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要定義統(tǒng)一、完整的外部接口，在需要添加新的硬件時可以在現(xiàn)有節(jié)點上直接添加，而不需要開發(fā)新的節(jié)點。同時，節(jié)

14、點可以按照功能拆分成多個組件，組件之間通過標準接口自由組合。4 穩(wěn)定性和安全性：硬件的穩(wěn)定性要求節(jié)點的各個部件都能夠在給定的外部環(huán)境變化范圍內(nèi)正常工作。5低成本：低成本是傳感器節(jié)點的基本要求。只有低成本，才能大量地布置在目標區(qū)域中，表現(xiàn)岀傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)點。第十四章無線傳感網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)1、 嵌入式系統(tǒng)往往不完全擁有支持一個成熟操作系統(tǒng)必須的資源。WSN寸操作系統(tǒng)提岀特殊的要求：減小系統(tǒng)開銷；需要較低能耗；各模塊間協(xié)調(diào)，支持并發(fā)控制；實時性；自適應(yīng)性；可信賴性；可升級2、三種常見的WSN操作系統(tǒng)比較：1 ） TinyOS:采用事件驅(qū)動模式，同時能對處理器和外設(shè)進行能量的控制，任務(wù)調(diào)度方式采用先進先岀方式，靜態(tài)管理內(nèi)存，實時性較低2 ） MANTISOS:采用線程驅(qū)動的