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)的六個組成部分信息的生成、獲取、存儲、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)點是同構(gòu)的、 成本較低、體積較小、大部分節(jié)點不移動、被隨意撒布在工作區(qū)域，要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有盡 可能長的工作時間。3、WSND Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別不同點：(1)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和工作模式各不相同。Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化。WSN:網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是靜態(tài)的。(2) 工作模式不同。WSN:多對一 (Many-to-0ne)通信，節(jié)點之間幾乎不會發(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)點之間都有通信的可能。相同點(補充)：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。4、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(1) 傳感器節(jié)點數(shù)目大，密度高，采用空間位置尋址(2) 傳感器接點的能量、計算能力和存儲能力有限(能量、計算存儲低、關(guān)鍵在有效簡 單的路由協(xié)議)(3) 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)易變化，有自組織能力(與傳統(tǒng)的有不同的特點和技術(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)的拓撲結(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，保證連通性和延長運行壽命)(4) 傳感器節(jié)點具有數(shù)據(jù)融合能力(與Mesh網(wǎng)絡(luò)區(qū)別，數(shù)據(jù)小，移動，重能源。與無線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)比數(shù)量多、密度大、易受損、拓撲結(jié)構(gòu)頻繁、廣播式點對多通信、 節(jié)點能量、 計算能力受限。)5、路由兩個基本功能：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)點傳輸?shù)侥康墓?jié)點的機制7、內(nèi)爆和重疊現(xiàn)象的解釋(做圖)內(nèi)爆(Implosion):節(jié)點向鄰居節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，不管其是否收到 過相同的(將同一個數(shù)據(jù)包多次 轉(zhuǎn)發(fā)給同一個節(jié)點的現(xiàn)象就是內(nèi) 爆)(左

4、圖)重疊(Overlap):感知節(jié)點感知區(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)點收到ADV后，發(fā)現(xiàn)自己沒有該數(shù)據(jù)， 通過REQ向A請求新數(shù)據(jù)（3）A節(jié)點向B節(jié)點傳送源數(shù)據(jù)（4）B節(jié)點融合新數(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)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，協(xié)議運行過程中使用三種報文數(shù)據(jù)：ADV REQ和 DATA ADV用于數(shù)據(jù)的廣播，當某個節(jié)點有數(shù)據(jù)可以共享時，可以用ADV數(shù)據(jù)包通知其鄰居節(jié)點；REQ用于發(fā)送數(shù)據(jù)，當

5、某一個收到ADV的節(jié)點希望收到 DATA數(shù)據(jù)包時， 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)點感知數(shù)據(jù)的抽象描述，一種對源數(shù)據(jù)的一個映射，比源數(shù)據(jù)短（數(shù)據(jù)壓縮）（1）元數(shù)據(jù)描述實數(shù)據(jù)（2 ）元數(shù)據(jù)與時數(shù)據(jù)對應(yīng)避免傳輸冗余數(shù)據(jù)10、DD協(xié)議的三個階段-興趣擴散、梯度建立和路徑加強（會畫圖）匯聚節(jié)點發(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、時間戳等中間節(jié)點：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，每個周期分為兩個階段：（1） 簇頭建立階段：節(jié)點運行算法，確定本次自己是否成為簇頭；簇頭節(jié)點廣播自己成為簇頭的事實；其他非簇頭節(jié)點按照信號強弱選擇應(yīng)該加入的簇頭，并通知該簇頭節(jié)點;簇頭節(jié)點按照TDMA勺調(diào)度，給依附于他的節(jié)點分配時間片；（2）數(shù)據(jù)傳輸階段：節(jié)點在分配給它的時間片上發(fā)送數(shù)據(jù)。12、LEACH協(xié)議的基本思想網(wǎng)絡(luò)周期性地隨機選擇簇頭節(jié)點，其他的非簇頭節(jié)點以就近原則加入相應(yīng)的簇頭，形成虛擬簇，簇內(nèi)節(jié)點將感知到的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給簇頭，由簇頭轉(zhuǎn)發(fā)給Sink節(jié)點，簇頭節(jié)點可以將本簇內(nèi)的數(shù)據(jù)進行融合處理以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。延長節(jié)點的工作時間， 并且實現(xiàn)節(jié)點的能耗平衡。13、LEACP協(xié)

7、議的簇頭選擇的策略每個傳感器節(jié)點選擇0,1之間的一個隨機數(shù)，如果選定的值小于某一個閾值，那么這個節(jié)點成為簇頭節(jié)點，計算如下：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)點的個數(shù)，k為一個網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點數(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)。一個回合表示一個周期，分為兩個階段：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)，是一組基于無線標準研制開發(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和美國的 915 MHz 3個頻段上， 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，在中國采用 2.4G頻段，是免申請和免使用費的頻率16、ZigBee的兩類地址：（1）IEEE物理地址：每個 ZigBee設(shè)備都有一個 64位的IEEE長地址，即 MAC地址。物理 地址是在出廠時候初始化的。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位的短地址來標識自身和識別對方，對于協(xié)調(diào)器來說，短地址始終為0x0000，對于路由器和節(jié)點來說，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類基本實體對象：目標、觀測節(jié)點、傳感節(jié)點和感知視場。（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。傳感器節(jié)點一般由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機制 :當某個站點（源站點）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時，檢測信道。若信道空閑，且在DIFS時間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點等待接收 ACK確認幀。如果目的站點接收到正確的

10、數(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時間，然后向源站點發(fā)送 ACK確認幀。若源站點在規(guī)定的時間內(nèi)接收到ACK確認幀，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，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的， 它能向任意方向發(fā)送無線信號， 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準。20. 傳感器節(jié)點定位的基本術(shù)語：(1) 鄰居節(jié)點(Neighbor Nodes):是指傳感器節(jié)點通信半徑內(nèi)的所有其他節(jié)點，也就是說： 在一個節(jié)點通信半徑內(nèi)，可以直接通信的所有其他點。(2) 跳數(shù)( Hop Count )：是指兩個節(jié)點之間間隔的跳段總數(shù)。(3) 跳段距離( Hop Distance )：是指兩個節(jié)點間隔的各跳段距離之和。(4) 接收信號強度指示(Received Signal Strength Indicator ，RSSI):是指節(jié)點接收到 無線信號的強度大小。(5) 到達時間(Time of Arrival ，TOA ：是

12、指信號從一個節(jié)點傳播到另一節(jié)點所需要的時 間。(6) 到達時間差(Time Differenee of Arrival ， TDOA：兩種不同傳播速度的信號從一個 節(jié)點傳播到另一節(jié)點所需要的時間之差。(7) 到達角度(Angle of Arrival , AOA :是指節(jié)點接收到的信號相對于自身軸線的角度。(8) 視線關(guān)系(Line of Sight , LOS：是指兩個節(jié)點間沒有障礙物間隔，能夠直接通信。(9) 非視線關(guān)系(Non Line of Sight, NLOS :是指兩個節(jié)點之間存在障礙物。(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)信標節(jié)點：錨點通過其它方式預(yù)先獲得位置坐標的節(jié)點。21. (1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要時間同步，因為：在分布式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，每個傳 感器節(jié)點都有自己的本地時鐘。 不同節(jié)點的晶體振蕩器頻率存在偏差， 以及濕度和電磁波的 干擾等都會造成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的運行時間偏差，RBS TPSN是典型的時間同步算法，其原理：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，然后多個收到同步信號的節(jié)點之間進行同步。 這種同步算法消除了同步信號發(fā)送一方的時間不確定性。 這種同步協(xié)議的缺點 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)點按照層次結(jié)構(gòu)進行分級，然后每個節(jié)點與 上一級的一個節(jié)點進行時間同步，最終所有節(jié)點都與根節(jié)點時間同步。22. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)點定位，因為傳感器節(jié)點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)點預(yù)先知道自身的位置， 并在通