無線傳感器期末總復(fù)習(xí)

無線傳感器期末總復(fù)習(xí)無線傳感器期末總復(fù)習(xí)無線傳感器期末總復(fù)習(xí)V:1.0精細(xì)整理，僅供參考無線傳感器期末總復(fù)習(xí)日期：20xx年X月一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(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.

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)是靜止的或移動(dòng)很慢

2.

無線傳感器網(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[通信技術(shù)]）

3.

無線傳感器網(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(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無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)。

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，這些約束把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(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)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

(2)

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)

(6)

可靠性：堅(jiān)固，不易損壞，能適用惡劣環(huán)境條件

10.

無線傳感器網(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）

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、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、覆蓋與連接1.

無線傳感器網(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.

簡(jiǎn)單，易維護(hù)，較好的健壯性

B.

沒有中心管理節(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，不需通過匯聚骨干節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

（4）

Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

A.

由無線節(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)，c≤2r是覆蓋包含連接性的充分必要條件（2）

當(dāng)c≥2r，一個(gè)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(luò)的點(diǎn)覆蓋的目標(biāo)

節(jié)點(diǎn)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)無線傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)

三、無線傳感器網(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

（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-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(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)到來時(shí)，節(jié)點(diǎn)的接收器并沒有關(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

(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)定位問題

是指自組織的網(wǎng)絡(luò)通過特定方法提供節(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)位置的過程

B.

目標(biāo)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)通過測(cè)量射頻信號(hào)的能量來確定與發(fā)送機(jī)的距離

/nRTPPr

RP是無線信號(hào)的接受功率，TP是無線信號(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

(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

無線信號(hào)速度為1c超聲波速度為2c，無線信號(hào)快

1T為無線信號(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.

無需測(cè)距的定位技術(shù)

（1）

質(zhì)心算法

1111(,)(,)nnnniiiixyXY

質(zhì)心算法雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，通信開銷小，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，是一種多源信息處理技術(shù)。通過對(duì)來自同一目標(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

Ⅰ無損失融合：所有細(xì)節(jié)信息均被保留，只去除冗余的部分信息Ⅱ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

Ⅰ數(shù)據(jù)級(jí)融合：操作對(duì)象是傳感器采集的數(shù)據(jù)

Ⅱ特征級(jí)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(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)語義之間的融合

Ⅰ依賴于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合

Ⅱ獨(dú)立于應(yīng)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(luò)的電源節(jié)能方法

（1）

休眠機(jī)制

通過休眠實(shí)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(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

通過本地計(jì)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(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

通過與鄰居節(jié)點(diǎn)的測(cè)量值進(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(chǔ)點(diǎn)和簡(jiǎn)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(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)

(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，一種是無線站，通常是通過一臺(tái)PC機(jī)器加上一塊無線網(wǎng)絡(luò)接口卡構(gòu)成的，另一個(gè)被稱為無線接入點(diǎn)，作用是提供無線和有線網(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層訪問機(jī)制

(1)

分布式協(xié)調(diào)功能（DCF），用來傳輸異步數(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)器來制定令牌的循環(huán)。3.

DCF中RTS/CTS訪問機(jī)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(gè)控制幀來進(jìn)行新到預(yù)約。

具體實(shí)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(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)，通過競(jìng)爭(zhēng)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(jī)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(diǎn)要盡量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)，首先偵聽一段相同的定長(zhǎng)度的時(shí)間，如果在這段偵聽時(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)在這段偵聽時(shí)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(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行通信

B.

流量自適應(yīng)偵聽機(jī)制。流量自適應(yīng)的偵聽，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。通過消息分割和突發(fā)傳遞機(jī)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(zhǎng)度是固定不變的，節(jié)點(diǎn)的偵聽活動(dòng)時(shí)間也是固定的。

協(xié)議提出了兩種方法解決早睡問題：

A.

未來請(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

六、無線傳感器網(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)：

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)

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)展地址支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)（CSMA/CA）

(5)

支持確認(rèn)機(jī)制，保證了傳輸?shù)目煽啃?/p>

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)化和無線控制的低速率低功耗低價(jià)格的無線網(wǎng)絡(luò)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(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915MHz，通訊速率40KB/s

（3）

歐洲868MHz，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20~250

KB/s，專注于低速傳輸應(yīng)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(gè)頻段均為無需申請(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）

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(diǎn)：利用持續(xù)時(shí)間非常短（納秒級(jí)）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(dá)到幾百M(fèi)bps以上

七、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

1.

無線傳感器網(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

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(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，適用于健壯性要求高的場(chǎng)合

B.

缺點(diǎn)：使得網(wǎng)絡(luò)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(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)：避免了信息爆炸問題

B.

缺點(diǎn)：仍然無法解決出現(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(luò)

TEEN協(xié)議是一個(gè)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(gè)概念。

達(dá)不到門限值，節(jié)點(diǎn)就無法和簇頭節(jié)點(diǎn)通信，用戶就無法從網(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

(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GPS或者其他方法獲知自己的地理位置信息

路由開始時(shí)，采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式