无线传感器网络期末复习考点总结.doc

第一章 概述概念：一种由大量的微型传感器节点组成的面向任务的无线自组织网络系统。2.与传统的无线自组织网络特征类似：自组织性、分布式控制、拓扑动态性；区别：网络规模大、节点能力受限、节点可靠性差、以数据为中心、多对一传输模式、冗余度高、面向任务。3.开发用的硬件平台嵌入式个人计算机：PDA；专用传感器节点：Berkeley Motes广泛、UCLA Medusa、MIT uAMP；片上系统节点：Smart Dust、BWRC PicoNode4.软件平台：TinyOS最早、nesC、TinyGALS、Mote等5.设计目标：体积小、本钱低、功耗低、自组织、可扩展、自适应、可靠、平安、带宽资源利用率高、效劳质量高。第二章 体系构造1.节点组成4：感知、处理、通信、电池模块2.会聚节点的作用：1向传感器节点发送查询消息或命令2作为联接外部网络的网关平面构造：所有传感器节点地位一样、互为中继；分层构造：按簇组织，簇成员将数据发给簇头，簇头发给会聚节点；好处：1降低通信能耗2平衡节点间的负载，并提高可拓展性3在簇头进展数据融合，减少数据发送量，提高能亮效率4.协议栈应用层：负责提供各种无线传感器网络应用，包括查询发送、节点定位、时间同步、网络平安；传输层：负责节点间端到端的可靠、透明传输，包括拥塞控制与过失控制；网络层：为传感器节点向会聚节点发数据提供路由；数据链路层：数据量的复用、数据帧的创立与检测、媒体接入、过失校验，提供点到点或多点的可靠传输，其中主要的是媒体访问控制MAC与过失控制前向纠错FEC、自动重传请求ARQ；物理层：将数据链路层形成的数据流转换成适合在传输媒体上传送的信号，并进展收发。5.设计准那么：可扩展、可互通、抗毁、可靠、平安、能量高效性。第三章 MAC协议数据链路层1.作用：决定局部范围内无线信道的使用方式，用来在传感器节点之间分配信道频谱资源，建立数据传输所需的根底通信链路2.特点：尽量节省节点能量、可扩展性、公平性均衡节点能量消耗、传输效率高。3.分类：1竞争型MAC：SMAC、TMAC、Sift、WiseMAC2非竞争型：DEANA、SMACS、DE-MAC、TRAMA3混合型：ZMAC、Funneling-MAC4.设计目标：提高能量效率、可扩展性、适应性、信道利用率、吞吐量，降低传输迟延，保证公平性5.SMAC周期性侦听与休眠机制；消息冲突与串音防止机制；长消息传递机制第四章 路由协议网络层1.特点：节能优先、多对一传输、以数据为中心、应用相关2.分类8：平面、分层LEACH、PEGASIS、TEEN、基于能量最优能量效率的传输路径、基于多路径、基于移动性、基于位置、基于时机、以数据为中心的路由协议3.设计目标：能量效率、可扩展性、自适应性、鲁棒性4LEACH：1创立阶段-分簇：各节点首先在01之间产生一个随机数，如果小于门限值 那么成为簇头。P为节点百分比，r为轮数。所有节点都当过为一轮，当过就不能再当了；簇头用CSMA播送，强度，分簇2稳态阶段-发送数据：簇内-TDMA，簇头对会聚节点用CDMA直接传送。特点：均衡负载、数据融合、休眠降耗、减少冲突。缺乏：分簇不均、随机变化、直接传送、未考虑位置与剩余能量、带宽资源浪费。第五章 传输协议传输层1.特点：节能优先、多对一传输、以数据为中心、应用相关性2. TCP不适用于无线传感器网络的原因：1TCP遵循的原那么是：一切功能实现都由网络的端点负责，中间节点仅负责转发；而无线传感器网络的中间节点可能要根据应用的需求进展相关处理2TCP假设网络链路是可靠的，数据丧失由路由器溢出造成或拥塞导致；而无线中的丢包可能由于链路传输过失、碰撞等原因引起，并具有随机性3TCP要求每个网络节点具有唯一的网络地址；而无线一般大规模部署，且节点通常执行同一任务，并不需要分配网络地址4TCP建立与释放链接采用握手机制，过程复杂，不适合能量有限与要求实时传输的无线5TCP要求可靠传输，即保证源节点发出的每个数据包成功传到目的节点；而无线面向应用，只要传输足够的数据即可6IP网络中的数据包一般较大，而无线中的一般较小，TCP中确实认反应与重传会造成较大的开销3.设计目标：能量效率、传输可靠、可扩展、自适应、效劳质量、公平性4拥塞控制A拥塞防止：1速率分配：对各节点的发送速率分配与限制2传输控制：根据一些网络参数缓存、拓扑决定是否转发或确定转发速率；B拥塞消除：1拥塞检测：基于缓冲区占有率、信道采样、包间隔、丢包率、负载流量强度、数据逼真度的检测；2拥塞通知:显示通知控制包与隐式通知数据包捎带；3拥塞缓解：速率控制、流量控制绕路、重定向、数据处理丢弃、压缩、融合5.可靠传输A丢包恢复机制检测、反应、重传：ACK每接一个反应一个、NACK丧失才反应、IACK监听下一跳的转发确认；B冗余传输机制：屡次发送同一个数据包，可以通过多路径到同一会聚节点，也可以传输到不同的会聚节点；C速率控制机制：调节发送速率，防止与缓解拥塞。6.CODA速率控制：1拥塞检测：采样监测信道，运用当前与以往的信道载荷状态信息、当前缓存器缓存信息量来推断每个接收机的准确拥塞检测，一旦检测到拥塞，那么节点运用反压机制向上一相邻节点发送信令。2开环逐跳反压：在CODA中，一个节点只要检测到拥塞就播送一条反压消息。反压消息按上行方向朝源节点传递。节点接收到反压消息后就可以根据本地拥塞策略降低其发送速率或者丢包。上行节点接收到反压消息后，根据本地网络状态确定是否需要继续朝上行方向转发该反压消息。3闭环多源调整：当源节点事件速率小于信道最大理论吞吐量的一定百分比时，源节点自行调整。当源节点发生拥塞，就触发闭环拥塞控制，信源进入接收端调整。信源接收到的ACKs作为时钟自调机制，允许信源维持其当前速率。如果没有接收到ACK，那么降低信源速率。第六章 时间同步技术1.必要性：1协作需求：为了使传感器节点有效地协同工作，需要实现不同节点间的时间同步2节能需求：为了传感器节点能够在时间上同步进入休眠或唤醒，从而节能的同时不影响正常工作2.时钟漂移：由于外界因素的影响，晶体振荡器的频率产生随机漂移；时钟偏移：时钟初始值之间的差3.时钟同步：使网络中各节点在一样时刻时钟相等。准确的：与理想时钟一致；准确的：变化率与理想时钟的变化率相等；同步的：在同一时刻时钟相等4.策略偏移补偿：周期性补偿相对时钟偏移量；漂移补偿：估算出相对时钟漂移量，并补偿5.TPSN：节点构造中包含一个根节点，它与外界通信获取外界时间，以此作为整个网络系统的时钟源；将节点分级后，每个节点同上一级的一个节点进展时间同步，最终与根节点同步；节点对之间的同步采用发送者-接收者同步机制RBST2=T1 + + d,T4=T3 - + d，计算偏移与传播时延第七章 拓扑控制技术1.概念：合理地调节节点的发射功率、休眠状态，并根据一定的原那么选择适宜的节点处理与传输数据，优化拓扑构造。2.必要性A提高能量效率：均衡节点负载；B通信效率：减小节点通信干扰；C协议效率：调节链接关系；D数据融合效率：选择适宜节点进展数据融合；E可拓展性：建立分簇的层次构造，有利于分布式控制的应用；F可靠性：尽可能保证网络的连通性与覆盖度等。3.基于节点度的功率控制算法LMA、LMN：通过动态地调节发射功率，使得节点度处于上下限之间；基于临近图的功率控制算法DRNG、DLMST：首先把节点处于最大发射功率状态下形成的网络拓扑作为图G，然后按照一定的相邻判别条件求出临近图G，最后临近图中的每个节点根据离自己最远的相邻节点的间距确定发射功率。4.LMA：初始以一样功率P0播送LifeMsg包含自身ID，应答LifeAckMsg，以收到的LifeAckMsg数目为其相邻节点度N；如N > Nmax那么下轮功率P=maxBmin*P0 , Adec*1 P0*(N - Nmax)；如N < Nmin，那么P=minBmax*P0 , Ainc*P0*(Nmin - N)5.LMN:同LMA，不过以相邻的相邻节点数的平均值作为自己的相邻节点数6.基于层次构造的拓扑控制：分簇来控制网络拓扑自适应分簇GAF、LEACH、分布式分簇HEED、DWEHC7.GAF：根据地理位置与发射半径划分虚拟单元格；都在发现态，Td超时，播送声明，抑制其他，成为簇头；Ta活动、Ts休眠超时换到发现态第八章 定位技术 1.必要性：A无线的许多应用要求节点知道自身的位置信息，才能向用户提供有用的监测效劳；B节点的位置信息可以用于目标定位、跟踪与轨迹预测；C无线的一些网络控制功能，如路由选择、拓扑控制、平安控制等也需要传感器节点的位置信息来提高控制效率。2.节点定位：根据网络中少数节点的位置信息确定其他节点的位置3.测距技术：A基于到达时间TOA：传播速度与时延，根据到达时间确定；B基于到达时间差TODA：发送两种信号，d = c1*c2*(t2t1)/(c1-c2)；C基于到达角度AOA；D基于接收信号强度RSS：Pr =Pt / ra，a是传播因子4.质心算法：连通指标Ci =Nr/Ns*100% (Nr接收数，Ns发送数)，计算时间Tl = (S+1e)*T (S信标发送数量，T发送周期)，大于门限值那么认为与该信标连通。对所有连通的信标的坐标求平均那么为“质心。5.DV-Hop算法：1信标泛洪播送信标消息含标识、位置、条数，直到每个节点获得与每个信标之间的信息同一信标的消息，只记录条数最小的；2信标利用与其他信标之间的最小条数、距离计算自己的平均跳距距离的与/最短跳数的与，并播送，节点只承受第一个；3节点获得至少三个信标的估计距离后利用三遍测距法算坐标。6.位置计算：三遍测量法、三角测量法、最大似然估计法第九章 数据融合技术1.必要性：节省能量资源、带宽资源、增加信息采集准确度、提高数据收集效率2.数据融合的方法7：综合平均、卡尔曼滤波、贝叶斯方法、统计决策法、模糊逻辑法、神经网络法、压缩感知法第十章 无线多媒体传感器网络1.特征：除了具备自组织性、拓扑动态性、以数据为中心、应用相关性等无线传感器网络特性外，还具有以下特性：1网络能力增强：由于大数据量音频、视频、图像等媒体的引入，多媒体传感器节点及网络能力(采集、处理、存储、收发、能量供给等方面)都有显著增强。2感知媒体丰富：音频、视频、图像、数值、文本以及控制信号在内的多种类型数据共存于多媒体传感器网络中3处理任务复杂：传统传感器网络采集的数据格式单一、信息量少，因而处理简单。而多媒体传感器网络信息丰富且格式复杂，我们可利用压缩、识别、融合等多种处理以满足多样化应用需求。2.网络构造：单层同构网络节点单一、地位平等，单层异构网络节点多样，地位平等，多层异构网络由单层异构网络级联3.关键技术：1组网与传输技术：从组网看，无线涉及大数据量的实时传输，需要网络提供可控的效劳质量保障技术，具体包括支持多媒体流、结合网络特性与质量效劳要求的路由协议；支持效劳质量的MAC接入技术；支持可变效劳质量、节能与自适应多媒体流的跨层组网技术。从传输来看，对于传输带宽与能量效率提出了更高的要求。2覆盖于部署技术：视觉传感器是有向的，从不同角度检测同一目标的两部摄像机常常在地理上是不相邻的，因此在拓扑上也是不相邻的。这种感知特性对面向视听协同感知的多媒体传感器网络的覆盖理论与网络协议设计产生很大影响。3信源编码技术：对于压缩多媒体数据量、保证视频与音频信号的质量起到很大作用，要求高压缩率、低复杂度、高可靠性、可变速率。预测题：1.：1SMAC的主要设计目标是提高网络的能量效率，并提高大规模网络应用所需的可扩展性；而这些都是802.11没有解决的，它不考虑节能的问题。2在长消息传递上，SMAC只使用一个RTS与CTS为所有的短数据包预约信道RTS/CTS。3SMAC中每个短数据包或ACK消息都包含一个时间域，用来指示发送剩余数据包或ACK消息所需的时间；在802.11中，每段数据只指示是否还有数据段存在。2.P62，基于位置的最大剩余能量节点选择法：1利用传输范围确定S的相邻节点；2在相邻节点中找出比S距离目的D更近的节点3从中选择剩余能量最大的节点3.空洞绕行技术GPSR：贪婪转发模式 + 右手法那么空洞绕行4.1最小功率路由：PI,j=2E + K*daE发/收电路能耗，d距离，a损耗因子2最大剩余能量路由：在路径P的节点中，剩余能量最少的节点成为瓶颈节点。选瓶颈节点剩余能量最多的路径，如一样，那么选跳数少的路径3最小不情愿度路由：节点的不情愿度=Ex-1剩余能量的倒数，路由的不情愿度为各节点的之与4组合能量代价路由：不情愿度=P(I，j)*T(I，j)/Ej2p为最小传输功率，T为传输成功率的倒数，E为剩余能量第 11 页