无线传感网整理

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1、1、 无线传感网(WSN)：是由一组有感知能力的传感器节点以自组织方式构成的无线网络，目的是协作的感知、收集和解决传感网所覆盖的地理区域中感知对象的信息，并传递给观测者。 无线传感网的三个要素：传感器、 感知对象和观测者2、 无线传感网构造功能 和 节点构造功能： 传感网重要完毕环境信息的检测和控制，汇集结点完毕传感网的数据和管理中心的互联，重要完毕数据融合，合同转换等，管理节点实现传感网的管理和控制命令操作传感器应用A/D转换器存储器解决器网络MAC收发器感知单元传播单元解决单元能源供应单元 感知单元完毕环境数据的采集，涉及传感器和AD转换器；解决单元完毕节点的多种控制和数据的融合解决等，有

2、微解决器和存储器构成；传播单元实现节点间的无线通信功能，由网络层、MAC层和无线收发构成；能源供应单元负责供应节点工作所消耗的能量，一般为小体积的电池4、 无线传感网合同栈由应用层、传播层、网络层（传播路由问题）、数据链路层（临近借点间广播的碰撞大道最低）、物理层（无线电波通信，解决调制，发送与接受技术问题），功率管理平面、移动管理平面、任务管理平面构成。三个管理平面分别监视传感器节点之间的移动、任务分派，协调感知任务和减少总功耗。5、 无线传感网与老式无线自组网络的异同 相似点：都是通过自组织的方式进行通信 不同点：节点规模：无线传感网涉及的节点数量比ad-hoc网络高几种数量级。节点密度：

3、无线传感网节点的分布密度很大。拓扑变化的因素：无线传感网是由节点休眠调度、环境干扰或节点故障引起；移动自组网是由节点运动引起。节点解决能力：无线传感网十分有限；移动自组织网很强。无线传感网节点重要使用广播通信，ad-hoc使用点对点通信。无线传感网以数据为中心。无线传感网传递信息少。6、无线传感网节点的限制：1、电源能量有限2、通讯能力有限3、计算和存储能力有限7、无线传感网的特点：传感网规模大、密度高；传感器节点的能量、计算能力和存储容量有限；无线传感网的拓扑构造易变化，具有自组织能力；网络的自动管理和高度协作性；传感器节点具有数据融合能力；以数据为中心的网络；安全性问题严重。8、无线电频谱

4、由无线电管理机构管理。无线传感网节点基本都用无需许可证的ISM波段。一半功率不能不小于10mw，2.4GHz为各国共同的ISM频段，蓝牙和Zigbee都用该频段。9、通信信道有：自由空间信道、多径信道、加性噪声信道10、调制技术有：模拟调制（AM、FM、PM）、数字调制（ASK、FSK和PSK）、超宽带（UWB）调制（具有高传播速率、高的时间和空间辨别率、低功耗、保密性好、低成本及易于集成等特点）、扩频调制（待传送数据被伪随机编码扩频解决后，再将频谱扩展了的宽带信号在信道上进行传播；接受端采用相似的编码序列进行解调等解决后，恢复出原始信息数据）11、近距离无线通信技术及其特点Zigbee：近距

5、离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。完整的合同栈只有32 KB，可嵌入各设备中，支持地理定位功能，非常适合应用在无线传感器网络中。激光：功耗比电磁波低，更安全。但只能直线传播；易受大气状况影响；传播具有方向性。红外：点对点无线传播方式，近距离传播且要对准方向，中间不能有障碍物，无法控制传播进度。合用于低成本、跨平台、点对点高速数据连接，特别是嵌入式系统。蓝牙：工作在2.4 GHz频段，传播速率可达10 Mbps；缺陷是传播距离只有10 m左右，完整合同栈有250 KB，不适合使用低端解决器，多用于家庭个人无线局域网，在无线传感器网络中也有所应用。802.11b由于功耗高而应

6、用不多。UWB：发射信号功率谱密度低、系统复杂度低、对信道衰落不敏感、安全性好、数据传播率高、能提供数cm的定位精度等长处；缺陷是传播距离只有10 m左右，隔墙穿透力不好。12、 无线传感网中能量消耗重要涉及通信能耗（比重很大），感知能耗和计算能耗。 通信能耗重要体目前：空闲监听；冲突重传；控制开销；串扰。13、 MAC合同设计中考虑方面：能量效率；可扩展性；网络效率；算法复杂度；与其她层合同的协同。14、 MAC合同分为：基于竞争的MAC合同（最重要方式）；基于调度的MAC合同（频分不能实现；码分实现困难；一般用时分）15、 基于竞争的MAC合同长处：可以较好地满足节点数量和网络负载的变化；

7、较好地适应网络拓扑的变化；不需要复杂的时间同步或集中控制调度算法。16、 基于时分复用的MAC合同长处：没有竞争机制的碰撞重传问题；无影藏终端问题；数据传播不需要过多的控制信息；节点在空闲时隙可以及时进入睡眠状态，适于低功耗网络。17、 时分复用的MAC过程：合理选用簇头节点；簇头节点为簇内节点分派时隙；簇内节点采集信息并发给簇头节点；簇内节点向簇头节点报告状态，簇头对其重新分派时隙；若有节点增长或减少导致拓扑变化，簇头重新分派时隙。18、 竞争型MAC：S-MAC、T-MAC、Sift合同 时分复用型MAC：DEANA、TRAMA、DMAC合同 S-MAC（Sensor MAC）：（调度周期

8、固定，不能适应网络流量的变化）能量效率为目的，兼顾可扩展性。周期性睡眠和监听措施减少空闲监听的能量损耗。当节点正在发送数据时，根据数据帧特殊字段让每个与本次通信无关的邻居节点进入睡眠状态，减少串扰带来的能量损耗。采用消息传递机制（分片传播机制），减少控制数据带来的能量损耗 T-MAC：在S-MAC合同的基本思想上,采用了一种自适应调节占空比的措施，通过动态调节调度周期中的活跃时间长度来变化占空比，有效减少能量消耗。但是也带来了早睡问题 Sift：是基于事件驱动的竞争型MAC合同，采用CSAMA机制，竞争窗口长度固定，在窗口内每个时隙通过非均匀概率分布来拟定与否发送。特点：网络中的数据传播由事件

9、驱动，存在空间有关的竞争。不是所有节点都需要报告事件。节点的密度是时变的。 DEANA(分布式能量感知节点活动)合同：将时间帧分为周期性的调度访问阶段和随机访问阶段。调度访问阶段由多种持续的数据传播时隙构成，某个时隙分派给特定节点来发送数据，除接受借节点外，其她节点在此时隙内处在睡眠状态。随机访问阶段由多种持续的信令互换的时隙构成，用于解决节点的添加、删除以及时间同步等。与老式TDMA合同相比，DEANA合同在数据时隙前加入了一种控制时隙，使节点在得知不需要接受数据时进入睡眠状态，从而可以部分解决串音问题。但是该合同对节点的时间同步精度规定较高。 TRAMA（流量自适应介质访问）合同：将时间划

10、分为持续时隙，根据局部两跳内邻居节点信息，采用分布式选举机制拟定每个时隙的无冲突发送者。在冲突避免、延时、带宽运用率等方面都提供较好的性能，但需要较大的存储空间来存储两跳邻居信息和分派信息，需要AEA算法，适合周期性监测应用。 DMAC合同：根据汇聚树的特点提出的，是基于S-MAC和T-MAC合同的思想，采用预先分派的措施避免睡眠延迟；引入交错的监听睡眠调度机制，保证数据在多跳途径上的持续传播；引入自适应占空比机制，能根据网络数据流量动态调节占空比；引入数据预测和MTS机制，减少干扰导致传播延迟。19、 IEEE 802.15.4 原则定义的LR-WPAN（低速无线个人区域）网络特点：在不同的

11、载波频率下实现了20 kbps、40 kbps和250kbps三种不同的传播速率；支持星型和点对点两种网络拓扑构造；有 16位和 64位两种地址格式，其中64位地址是全球惟一的扩展地址；支持冲突避免的载波多路侦听技术（carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA）；支持确认（ACK）机制，保证传播可靠性。20、 Zigbee原则IEEE802.15.4原则定义的物理层及MAC层为基本，并对其进行扩展，对网络层合同和API进行了原则化，定义了一种灵活、安全的网络层，多种拓扑构造，在动态的射频环境中提供高可靠性的无线传

12、播。21、 FFD(full-function device)：全功能设备；RFD（reduced-function device)：精简功能设备。FFD之间以及FFD与RFD之间都可以通信；RFD设备之间不能直接通信，只能与FFD设备通信，或者通过一种FFD设备向外转发数据，与RFD有关联的FFD设备称为该RFD的协调器。RFD设备重要用于简朴的控制应用，如灯的开关、被动式红外线传感器等。22、 星型构造中所有设备与中心设备的网络协调器（电力系统供电）通信，适合家庭自动化、个人计算机的外设等小范畴室内应用。点对点的网状网络只要彼此在对方的无线辐射之内，任何两个设备之间都可以直接通信。23、I

13、EEE 802.15.4合同物理层定义了27个信道，跨越三个频段：868MHz频段1个信道（调制方式BPSK，速率20kbps），915MHz频段10个信道（BPSK，40kbps），2.4GHz频段16个信道（O-QPSK，250kbps）。24、物理层帧构造：同步头（5字节），物理帧头（1字节），物理层负荷。同步头中前导码（4字节）被收发机用来从输入码流中获得同步，32个0构成；帧起始分隔符(SFD),1字节，固定值0xA7，标记一种物理帧开始。物理帧头7bit表达帧的长度，1bit保存。物理层负荷：物理层业务数据单元（PSDU），长度可变，最大127字节。25、MAC帧类型：信标帧、数据

14、帧、确认帧、命令帧。 信标帧用于节点祈求加入网络时，网络协调器对本PAN的信息发布，供节点选择与否加入本网络。此外，信标帧在需要进行同步的PAN中又具有传送时隙分派信息及同步信息的功能。数据帧用于向对等的MAC层实体传送上层递交来的数据信息；确认帧仅当上次接受到的数据帧或命令帧需要进行接受确认时才发送；命令帧用于发送MAC层有关命令，涉及关联祈求、数据发送祈求、协调者重分派祈求、信标等。26、 Zigbee合同特性：省电；可靠；便宜；短时延；大网络容量；安全。27、 Zigbee网络中设备类型：协调器，路由器，终端设备28、 无线传感网与老式网络路由合同相比，特点如下：能量优先，考虑能量消耗和

15、能量均衡使用。基于局部拓扑信息，由于节点不能存储大量路由信息，不能进行太复杂路由计算。以数据为中心。应用有关，传感网的应用环境千差万别，要根据应用环境设计。29、 路由设计要满足的规定：能量高效；可扩展性；鲁棒性；迅速收敛性。30、 路由合同分类：源节点获取途径方略：积极、按需、混合路由合同。通信逻辑构造：平面、层次路由合同。路由发现过程：以位置信息为中心、以数据为中心路由合同。31、 平面路由合同：长处是不存在特殊节点，路由合同的鲁棒性较好，通信流量被均匀地分散在网络中；缺陷是缺少可扩展性，限制网络规模。有：Flooding，Gosipping，SPIN。Flooding Protocol（

16、洪泛路由合同）：接受到信息的节点以广播的形式转发报文给所有的邻居节点。长处：不用维护网络拓扑构造和路由计算，实现简朴，合用于强健性规定高的场合。缺陷：存在信息内爆、重叠以及资源盲点等问题。Gosipping（闲聊法）：是洪泛法的改善版本。引入了随机发送数据的措施，减少资源的无谓消耗。当节点发送数据时，随机选择某个邻居节点，向她发送一份数据副本。 SPIN（基于信息协商机制的传感网合同）：对洪泛法路由合同的改善，以数据为中心的自适应路由合同。考虑到数据冗余问题，通过节点间协商的方式减少网络中数据的传播量，只广播其她节点所没有的数据以减少冗余数据，有效减少能量消耗。SPIN工作原理：当节点A感知到

17、新事件之后，积极给邻居节点广播描述该事件的元数据ADV报文。收到该报文的节点B检查自己与否拥有ADV报文中所描述的数据。如果没有，向A发送REQ报文，在REQ报文列出需要A节点给出的数据列表。A收到REQ祈求报文后就将有关数据发送给节点B。节点B发送ADV报文告知邻居节点自己有新的消息。32、 层次路由合同：采用簇的概念对传感器节点进行层次划分，低一级网络簇头是高一级网络簇内成员。长处：合适大规模网络，可扩展性好。缺陷：簇头节点的可靠性和稳定性对全网性能影响大，信息的采集和解决也会消耗簇头节点的大量能量。LEACH（低功耗自适应聚类分级）：是最早的一种分层路由算法，重要考虑簇内节点能耗，簇头作

18、为一定区域所有节点的代理，负责和Sink的通信。非簇头节点可以使用小功率和簇头节点通信；簇头节点可以对所辖区域节点数据进行融合，减少网络中传播的数据；簇头选举算法的设计成为本合同的重要问题，规定保证公平性。和网络生存周期最大。运用数据压缩技术和分簇动态路由技术，通过本地联合工作提高网络的可扩展性和鲁棒性，通过数据融合减少发送的数据量，通过把节点随机设立为簇头节点来达到负载均衡，避免簇头的过快死亡。 工作原理：簇的建立阶段（负责簇的形成和簇头选举）；稳定阶段（负责收集数据和给簇头传播数据）PEGASIS（高能效采集传感器信息系统）：其中的簇是一条基于地理位置的链，采用贪婪算法构造整条链。与LEA

19、CH相比，通信只限于相邻节点间，每个节点都以最小功率发送数据，并且每轮只随机选择一种簇头节点与汇聚节点通信，减少了数据通信量。TEEN（阈值敏感的高效传感器网络）：专门为响应型应用环境下的网络路由合同，运用过滤方式来减少数据量。也采用分簇构造，在合同中设立了硬、软两个阈值，以减少发送数据次数。合用于对事件的实时感知侦测，合用于小规模的网络。33、 基于查询的路由合同 DD（定向扩散）：DD路由合同分为三个阶段：爱好扩散（采用泛洪）；梯度建立（反向建立）；强化途径（Sink节点会收到多条途径，选最优途径，进行加强，后来的数据按照加强途径传送） 1.爱好扩散阶段：Sink节点查询爱好消息：爱好消息

20、采用泛洪的措施传播到网络；有和爱好匹配数据的节点发送数据；爱好扩散阶段建立节点到Sink的途径 2.数据传播阶段：当传感器节点采集到与爱好匹配的数据时，把数据发送到梯度上的邻居节点，并按照梯度上的数据传播速率设定传感器模块采集数据的速率。 3.途径加强阶段：定向扩散路由机制通过正向加强机制来建立优化途径，并根据网络拓扑的变化修改数据转发的梯度关系。爱好扩散阶段是为了建立源节点到汇聚节点的数据传播途径，数据源节点以较低的速率采集和发送数据，称这个阶段建立的梯度为探测梯度。汇聚节点在收到从源节点发来的数据后，启动建立到源节点的加强途径，后续数据将沿着加强途径以较高的数据速率进行传播。加强后的梯度称

21、为数据梯度。谣传路由（romor routing）：基于事件+查询，合用于数据传播量较小的无线传感网。引入了查询消息的单播随机转发，克服了洪泛方式开销过大问题。基本思想：事件区域中的传感器节点产生代理（ agent ） 消息， 代理消息沿随机途径向外扩散传播。 同步汇聚节点发送的查询消息也沿随机途径在网络中传播。现代理消息和查询消息的传播途径交叉在一起时， 就会形成一条汇聚节点到事件区域的完整途径。34、 基于地理位置路由：地理位置信息作为其他路由算法的辅助，直接用于路由的计算。GPSR：它使用贪婪算法来建立路由，网络节点都懂得自身地理位置并被统一编址，各节点运用贪婪算法尽量沿直线转发数据。长

22、处：采用局部最优的贪婪算法，不需要维护网络拓扑，路由开销小；可合用于静态和移动的WSN网络；缺陷：需要地理位置信息的支持；需要维护邻居节点位置信息GEAR：假设已知事件区域的位置信息，每个节点懂得自己的位置信息和剩余能量信息，并通过一种简朴的Hello消息互换机制懂得所有邻居节点的位置信息和剩余能量信息。长处：1，运用了位置信息，避免了查询消息的Flooding；2，考虑了消耗的能量和节点剩余能量，均衡消息；3，途径选择可达到局部最优；4，迭代地理转发对洪泛机制的补充；缺陷：1，也许浮现路由空洞（局部信息）- 两跳信息；2，不适合在移动WSN使用35、 传感器节点自身定位就是根据少数已知位置的

23、节点，按照某种定位机制拟定自身位置。36、 信标节点：通过其她方式预先获得位置坐标的节点。 邻居节点：传感网节点通信半径范畴内其她所有节点。测距：两个互相通信节点通过测量的方式来估计出彼此之间距离或角度。连接度：节点连接度（节点可探测发现的邻居节点个数），网络连接度（所有节点的邻居节点数目的平均值）达到角度（AOA）：节点接受到的信号相对于自身轴线的角度。视线关系（LoS）：若传感网的两个节点之间没有障碍物，能实现直接通信，就有LoS。RSSI:全称是Received Signal Strength Indication，表达接受的信号强度批示。无线发送层的可选部分，用来鉴定链接质量，以及与否

24、增大广播发送强度。可以通过接受到的信号强弱测定信号点与接受点的距离，进而根据相应数据进行定位计算，如无线传感的ZigBee网络CC2431芯片的定位引擎就采用的这种技术、算法。37、 节点定位计算措施：三边测量法，三角测量法，极大似然估计法38、 基于距离的定位：精度较高，硬件规定也高，易受环境因素影响，能量消耗相对较多。 基于RSSI的定位：测量发射功率与接受功率，计算传播损耗，运用理论和经验模型将传播损耗转化为距离。易于实现，无需安装辅助设备。有障碍物或非均匀环境下误差较大。 基于（达到时间）TOA的定位：已知传播速度，根据传播时间拟定距离。精度好，时间测量上很小误差会引起很大的距离误差值

25、，规定节点有较强的计算能力。 基于（达到时间差）TDOA的定位：发射节点同步发射两种不同传播速度的无线信号，接受节点根据两种信号达到的时间差以及已知这两种信号的传播速度，计算两个节点之间的距离。测距误差小，较高精度，对硬件规定高。 基于AOA的定位：接受节点通过天线阵列或多种超声波接受机感知其她节点发射的无线信号的达到角度。不仅可以拟定坐标，还能拟定方位信息。易受外界影响，需要额外硬件。39、 距离无关的定位算法：受环境因素影响小，硬件规定低，成本低。定位精度较低。 质心算法：多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。完全基于网络连通性，无需信标节点和未知节点之间协调，容易实现。只能实现粗定位

26、精度，规定信标节点较高密度。 DV-Hop：距离向量-跳数算法定位机制类似于老式网络中的距离向量路由机制。1，计算未知节点与信标节点的最小跳数2，计算未知节点与信标节点的实际跳段距离3，运用三边测量法或极大似然估计法计算自身位置 DV-Disance：类似于DV-Hop，通过节点使用射频通信来测量出节点间的距离，然后再应用三角测量法计算节点位置。对节点功能规定较低，少通信量与能耗。误差较大。 APIT(近似三角形内点测试法)：一方面拟定多种涉及未知节点的三角形区域，这些三角形的交集是一种多边形，它拟定了更小的涉及未知节点的区域，然后计算多边形质心，作为未知节点的位置。定位精度高，性能稳定，对信

27、标节点分布规定低。对网络连通性规定高。40、 数据融合：它通过对来自同一目的的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判断。41、 数据融合的作用：提高信息的精确和全面性；减少信息的不拟定性；提高系统可靠性；增长系统的实时性。42、 根据融合前后数据信息含量分类：无损失融合、有损失融合。43、 根据数据融合与应用层数据语义间关系：依赖于应用、独立于应用、结合以上两种技术的数据融合。44、 根据融合的操作级别分：数据级融合、特性级融合、决策级融合。45、 数据管理系统的构造：集中式构造、半分布式构造、分布式构造、层次式构造。46、 nesC语言应用程序总体框架 47、 传感器网络接入Internet措施：应用层网关，延时容忍网络，TCP/IP覆盖传感网合同栈，传感网合同覆盖TCP/IP，移动代理48、 传感器节点设计规定：微型化；扩展性和灵活性；稳定性和安全性；低成本；低功耗。 Coordinator协调器负责启动整个网络。它也是网络的第一种设备。协调器选择一种信道和一种网络ID(也称之为PAN ID，即Personal Area Network ID)，随后启动整个网络。 ZigBee协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定(bindings)。