物联网技术与应用复习资料学习知识重点.doc

-` 第一章 1 物联网定义 物联网是指物体的信息通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化的信息交互与处理的智能网络。 2物联网三大特征 (1) 全面感知;利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取 (2)可靠传送:通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享(3)智能处理: 利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制 4 面向物联网的传感技术 (1）低耗自组、异构互连、泛在协同的无线传感网络。（2）智能化传感器网络节点研究。 （3）传感器网络组织结构及底层协议研究。（4）对传感器网络自身的检测与控制。 （5）传感器网络的安全问题。（6）先进测试技术及网络化测控。 5 物联网中的智能技术 智能技术是为了有效地达到某种预期的目的，利用知识所采用的各种方法和手段。 (1) 人工智能理论研究(2)机器学习(3)智能控制技术与系统(4)智能信号处理 8 什么是IPv6 IPv6是"InternetProtocolVersion6"的缩写，也被称作下一代互联网协议，它是由IETF设计的用来替代现行的IPv4协议的一种新的IP协议。 9 IPv6与物联网的关系 物联网的发展与IPv6紧密联系,因为每个物联网链接的对象都需要IP地址作为识别码 ,而目前IPv4的地址已经不够用.IPv6拥有巨大的地址空间,他的地址空间完全可以满足结点标识的需要 第二章 1 物联网层次结构模型 (1)信息感知层: 实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。 (2)物联接入层:主要任务是将信息感知层采集到的信息，通过各种网络技术进行汇总，将大范围内的信息整合到一块，以供处理。 (3)网络传输层:基本功能是利用互联网、移动通信网、传感器网络及其融合技术等，将感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传输(远距离传输)。 (4)技术支撑层:主要任务是开展物联网基础信息运营与管理，是网络基础设施与架构的主体。 (5)应用接口层:物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口，主要完成服务发现和服务呈现的工作。 5 物联网网关是什么 是一种跨信息感知层和网络传输层的设备 6 物联网的应用? 监控型（物流监控、污染监控）查询型（智能检索、远程抄表） 控制型（智能交通、智能家居、路灯控制）扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费) 8 物联网体系的特点:实时性,大范围,自动化,全天候 9 RFID的缺点(1)、RFID读写器不能实时感应环境的变换；(2)、覆盖范围受限。 优点(1)扫描识别性能强(2)数据的记忆体容量有不断扩大趋势(3)抗污染能力和耐久性比较好(4)可重复使用(5)体积小型化、形状多样化(6).安全性 10 基于传感器的物联网 从传感器技术出发,可在传感网络的基础上建立基于传感技术的物联网.由传感器,通信网络和信息处理系统为主构成的传感网技术具有实时数据采集,监督控制和信息共享与存储管理等功能. 11 物联网与泛在网的关系 泛在网使之无所不在的网络,相对于物联网技术的当前可实现性来说,泛在网属于未来信息网络技术发展的理想状态和长期愿景.对于物联网,传感网,广电网,互联网,电信网等网络相互融合形成的网络,成为泛在网 12 传感器网络与RFID的关系 RFID和传感器具有不同的技术特点,传感器可以检测感应到各种信息,但缺乏对物品的标识能力,而RFID技术恰恰具有强大的标识物品能力,但是RFID读写器不能实时感应当前环境的改变,而且受到距离的影响,而传感器网络较长的有效距离将拓展RFID技术的应用范围.传感器,传感器网络和RFID技术都是物联网技术的重要组成部分 13 物联网四大支柱业务群:RFID,传感网,M2M,两化融合 14 物联网四大支撑网络 短距离无线通信(ZigBee,蓝牙,RFID),长距离无线通信(GPRS,3G,4G,),短距离有线通信(ModBus,DeviceNet),长距离有线通信(计算机网,广电网,电信网) 15 物联网与传感器网络的关系 不同点：(1)、传感网更强调感知能力，而不注重对物体的标识和指示。 物联网则强调人感知物，强调标识物的手段，除传感器外，还有射频识别、二维码、一维码等。 (2)、物联网的概念相对比传感器大一些(3)、在人为参与度方面也有不同，物联网是规模化的信息整合，一般还需要人的参与和主动搜索。传感网几乎无需人工干预。 相同点：目标都是突破人与人通信的模式建立物与物、物与人之间的通信。 16 短距离无线通信同长距离无线通信的区别 (1)、短距离无线通信的主要特点为通信距离短，覆盖距离一般在几十米到200米以内；覆盖的范围响应也比较小。(2)、无线发射器的发射功率较低，发射功率一般小于100mV (3)、自由地连接各种个人便携式电子设备、计算机外部设备和各种家用电气设备，实现信息共享和多业务的无线传输.(4)、不用申请无线频道。区别于无线广播等长距离无线传输。 (5)、高频操作，工作频段一般以GHZ为单位。 17 无线局域网的特点 (1) 机动性高,移动性强(2)安装过程简单而快速,(3)可与有线网络紧密结合 (4) 安全保密功能让数据传输更具保障(5)组网灵活,即插即用,不必改变现有网络构架 (6)解决有线网络布设困难时的传输问题(7)可以把网络应用延伸到室外 18 短距离无线通信,有线无线的比较 有线接入 无线接入 属固定投资,不可搬移 可移动性强,提供富有个性的服务 施工需考虑地形取得政府同意 频谱资源开放使用 施工周期长不利于抢占市场 施工简便周期短,易于网络快速接入 成本回收周期长 低成本易扩展 性能非常可靠 性能可靠 适合长期大规模客户 适合非长期零散用户 19 RFID技术的定义 RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 20 RFID的组成: 标签 阅读器 天线 21 RFID的工作原理 标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即ActiveTag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理 22 RFID的耦合方式 以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成,感应耦合(InductiveCoupling)及后向散射耦合(BackscatterCoupling)两种,一般低频的RFID大都采用第一种式,而较高频大多采用第二种方式 23 传感网、物联网与泛在网络的关系 24 有线局域网和无线局域网的定义 (1)有线局域网: 采用传统线缆,交换机或集线器及计算机等终端设备组成覆盖局部地域的网络,用户通过该网络完成信息交互功能(2)无线局域网: 是以射频无线电波通信技术构建的局域网,虽不采用线缆,但也能提供传统有线局域网的所有功能 25 Ad hoc网络是什么 需要一种不依赖于固定基础设施，并且能够快速和灵活配置的移动通信网络技术，Ad Hoc网络就是为了满足这种特殊应用需求而产生的 26 Ad hoc网络组成 (1) 由一组带有无线通信收发装置的移动终点组成 (2) 网络中每个移动终端自由移动 (3) 网络中所有移动终端地位相等 (4) 可以在任何时候,任何地点快速构建 (5) 不需要现有信息基础网络设施的支持 (6) 是一个多跳,临时,无中心网络 27 Ad hoc网络缺点 安全性差,网络的可扩展性不强,存在单向的无线信道,生存时间短 28 什么是无线Mesh网络 无线Mesh网络是通过无线链路把固定的和移动的节点连接起来，构成一个多跳的移动自组织网络。在这种网络中，节点由Mesh路由和Mesh客户端两种节点构成。每个节点都具有路由器和中继器的功能，可以为网络的其它节点存储转发数据包。 29 无线Mesh网络设计思想 任何设备节点都可以作为接入点(AP)和路由器;每个节点都可以接收和发送数据; 每个节点都可以和对等节点直接通信，不再需要基站转发;和Internet网络一样当一条传送线路中断时，可以选择另一条线路进行连接。 30 无线MESH网络的产生 蜂窝移动系统在应用上的局限性；Ad Hoc网络使用场合；WLAN在技术上的缺陷。 31 无线mesh网络结构 (1)客户Mesh网络(2)骨干Mesh网络(3)混合Mesh网络 32 无线MESH网络与蜂窝通信技术的比较 (1)可靠性:无线MESH网络采用多跳网络结构，是多点对多点的通信，蜂窝通信是点到多点的通信，当一条传输线路中断时，无线MESH网络可以寻找代替线路，而蜂窝通信技术则不能，所以其可靠性更好。 (2)成本:WMN中，大大节省了骨干网络的建设成本，而且接入点、WMN路由器等基础设施，要比基站便宜的多，而且维护方便。 (3)控制方式:WMN是分布式的控制，蜂窝通信是集中式(4)传输速率大大提高 33 无线MESH网络与Ad hoc网络的比较 (1)WMN注重的是“无线”，而Ad hoc网络更强调的是“移动”。 (2)WMN多为静态或弱移动的拓扑，而Ad hoc网络多为随意移动(包括高速移动)的网络拓扑 (3)WMN节点的主要业务是来往于因特网网关的业务，Ad hoc网络节点的主要业务是任意一对节点之间的业务流。 (4)WMN主要是因特网或宽带多媒体通信业务的接入，Ad hoc网络主要应用在军事上或其他专业通信，还未进行大规模的商用。 34 无线MESH网络与其他通信网络的区别 35 无线MESH网络优点 与现有的网络兼容;结构灵活，组网方便;可靠性高;低成本;高宽带;非视距传输 36 无线MESH网络不足 互操作性;通信延迟;安全 37 移动通信网 早期移动通信系统：采用大区制 特点：高架天线、大功率发射机;增大覆盖面积 缺点:传输损耗随着距离的增加而增加，而且与地形环境密切相关，因而终端与基站之间的通信距离是有限的，服务范围受到限制。可容纳的用户数是有限制的，无法满足大容量的要求。 38 移动通信网区群的含义 相邻的使用不同频道所有小区,这些小区共同使用了系统提供的所有频率资源 39 什么是卫星通信 是指利用人造地球卫星作为中继转发无线电波,再两个或多个地球站之间进行的通信 40 电力载波是什么 电力线载波(Power Line Carrier),简称PLC，是指利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式 PLC是电力系统特有的通信方式，用于电力系统的调度通信、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输 13条形码定义：将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排序，用以表达一组信息的图形标示符。 按码制分：UPC骂，EAN码，交叉25码，39码，库德巴码，128码，93,49 按维数：一维 二维 优点：可靠性强，效率高，成本低，易于制作，构造简单，灵活使用，采集信息量大 结构：静区 起始字符 数据字符 终止字符 静区 二维条码特点; 1.信息容量更大。2.准确性更高。3.编码范围广可以表示图像数据。 4.纠错能力强。5.保密防伪性好。 6.全方位读取。 7.可用多种阅读设备阅读，无需另接数据库 分类：堆叠式/行排式二维码 矩阵式二维码 第三章 1自动识别是指通过非人工手段获取被识别对象所包含的标识信息或特征信息，并且不使用键盘即可实现数据实时输入计算机或其他微处理器控制设备的技术。 特点：准确性，高效性，兼容性 根据识别对象的特征、识别原理和方式可以分为数据采集技术(定义识别)和特征提取技术(模式识别)两大类 数据采集技术：光，磁，电存储器 特征提取技术：静态特征，动态特征，属性特征 工作原理：自动识别系统是一个以信息处理为主的技术系统，也是一个传感器技术、计算机技术、通信技术综合应用的系统，其输入端是被识别信息，输出端是已识别信息。 完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统，应用程序接口或者中间件和应用系统软件。 2生物特征识别技术是基于某人的生理特征或行为特征用自动化的方法予以辨识或认证的技术。 比较：传统身份鉴定技术是指基于特定持有物和基于特定知识进行身份鉴定的一种技术。 缺点是：特定持有物易丢失、被盗和遗忘。特定知识则存在记忆上的问题。密码太复杂，容易遗忘；密码简单，则容易被破译和猜测。 生物识别技术特点：随身性，安全性，唯一性，稳定性，广泛性，方便性，可采集性，可接受性 生物识别的主要过程：原始数据获取，特征提取，比较和匹配 3常用的生物识别技术：指纹识别 虹膜识别 视网膜识别 签名识别 面部识别 声音识别 4指纹识别固有特性：确定性，惟一性。可分类性 系统构成：读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对 基本过程：通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像 ;要对原始图像进行预处理，使之更清晰; 提取指纹特征，建立指纹的数字表示特征数据 ;验证端采集指纹，提取特征; 与数据库指纹匹配，计算相似度，给出匹配结果。 采集设备：光学 硅晶体传感器 超声波 其他类型 优点：a.指纹是人体独一无二的特征 b.可采集的指纹多，最多可达10个，而且每个指纹都是独一无二的 c.扫描指纹的速度快，使用非常方便。 d.指纹与采集头直接接触，读取特征方法可靠 e.指纹采集头体积小，价格低廉。 缺点：a.某些人或某些群体的指纹特征很少，故而很难成像 b.过去因为犯罪记录中使用指纹，有些人害怕将指纹记录在案 c.实际上现在的指纹鉴别技术都可以不存储任何含有指纹图像的数据，而只是存储从指纹中得到的加密的指纹特征数据 d.每一次使用指纹时，都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕，而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性。 5膜识别技术步骤：图像获取 像预处理 特征提取 特征匹配 优点：唯一性，稳定性，可采集性，非侵犯性 缺点：a.仍未进行唯一性的认证 b.很难将图象获取设备小型化 c.摄像头价格昂贵d.镜头可能使图象畸变而使可靠性降低 e.黑眼睛极难读取 f.需要一个较好的光源 6视网膜识别 优点;（1）精确度高，错误接受率低于百万分之一。（2）生物识别样本稳定，不磨损，不老化，不受疾病 影响。（3）难以伪造，是一个最难欺骗的系统 （4）使用者不需要和设备直接接触 缺点：未进行过任何的测试，当前的视网膜识别系统只是用统计学原理进行小规模的试验，而没有进行过现实世界的唯一性认证试验；光照射眼球的背面可能会影响使用者健康，这需要进一步研究；消费者而言，视网膜技术没有吸引力；难进一步降低成本。 7面部识别四步：建立人脸的面像档案，取当前的人体面像 ，当前的面纹编码与档案库存比对，确定面像身份或提出身份选择 优点：易于使用，非常适合隐蔽进行面像采集；可直观比对，以核查某人身份 。 缺点：面部的位置和周围的光环境可能影响系统的精确性，采集图象的设备昂贵 8磁条技术：优点：数据可读写，数据存储量大，便于使用，成本低廉。缺点：数据存储时间长短受磁性粒子极性的耐久性限制以及存储数据的安全性较低。 9 IC卡分为接触式和非接触式 应用系统构成要素：IC卡，IC卡接口设备 PC 网络与计算机 特点：存储容量大，体积小，重量小，抗干扰能力强，便于携带，易于使用，安全性高 10传感器定义：传感器是一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律变换成某种可用信号输出的器件和装置。 功能：物理世界的“感觉器官” ；从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换成电信号的变换器 ；广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设备输入部分中起检测信号作用的器件 组成：敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。传感元件：又称变换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件 11按信号变化的特征分为物性型传感器和结构型传感器 按用途，分为力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、流量传感器 按基本效应分，可以有物理/化学、生物等传感器 按工作的物理基础，分为电气式传感器、光学式传感器、机械式传感器 按能量关系，分为有源传感器和无源传感器 按测量方式，分为接触式传感器和非接触式传感器 按输出信号的形式，分为模拟式传感器和数字式传感器 12静态特性参数 测量范围和量程 量程= XMAX- XMIN 灵敏度 指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。它是输入和输出特性曲线的斜率 线性度 指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度 端基线性度: 传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差 端点平移拟合：在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半 独立线性度 重复度 迟滞 分辨力与阈值 漂移 精确度 最小二乘线性度 新型传感器：气敏，温湿，光栅数字，光电式，智能 1. EPC（产品电子编码）定义 旨在为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管理水平、降低物流成本。EPC的载体是RFID电子标签，并借助互联网来实现信息的传递。EPC是一个完整的、复杂的、综合的系统 2 EPC编码特点 科学性 兼容性 全面性 合理性 无歧视性 4目前的EPC系统中应用的编码类型主要有三种：64位、96位和256位. EPC编码由版本号、产品域名管理、产品分类部分和序列号四个字段组成 5 EPC/RFID与条码技术 条形码：条形码是应用了不同宽度的黑白条码反射光来编码，具体成本低廉，使用方便，缺点是编码容量不足 RFID: RFID标签是存储了具体的EPC标准的产品编码信息的产品标签，它会因不同应用场合的具体要求而表现出不同的封装形式，如纽扣类、IC卡类以及条形码形式等等 EPC: EPC是编码标准，规定了对具体不同商品产品唯一的编码格式，完成RFID产品信息编码 7 EPC/RFID与条形码相比，优点 1唯一标识；2读取方便；3长寿耐用；4动态更改；5可扩展性6.保密性强 8 EPC识别流程 1EPC编码读写器读出商品中的EPC编码信息 2由EPC产品管理中间件，传输到Internet中 3经过网络传到ONS服务器，找到该EPC对应的IP地址，由IP地址找到PML服务器，从产品信息的数据库中，获取相关实物信息并作相应处理 9.物联网与EPC/RFID技术应用展望 （1）零售业2物流业；3制造业；4有效防伪；5军事领域 1 MEMS(产品电子编码) 定义：微机电系统MEMS从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，甚至接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。 特点：(1)、微型化特点(2)多样化特点(3)稳定性特点(4)集成化特点(5)批量化特点。 (6)广义化特点 优点：MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、可靠性高、性能优异、功能强大、可以批量生产。 信息系统分为以下几种：MIS管理信息系统.DSS决策支持系统.只能决策支持系统.空间信息系统. 2 GIS (1)地理信息系统的组成：系统硬件.系统软件.空间数据库.用户. GIS的操作对象是地理实体或空间数据。 地理空间数据： (2)信息的特征：客观性;适用性;可传输性共享性;空间分布性;数据量大信息载体的多样性 (3)功能：1.数据采集与编辑2.数据存储与管理3.数据处理和变换4.空间分析和统计5.产品制作与显示6.二次开发和编程 (4)点线面的实例：1.GIS用于全球环境变化动态监测2.GIS用于自然资源调查与管理3.GIS用于城市、区域规划和地籍管理4.GIS用于预测和辅助决策 GIS空间数据分为以下几种类型 : 1按数据来源分类1.地图数据2.影像数据;3.地形数据 4.属性数据5.元数据：数据的数据； 2按数据所表达的地理实体几何形状分类 1.点数据；2.线数据；3.面数据 地理实体的特征：属性特征.空间特征.时间特征. (9)矢量数据.矢量结构的特点：属性隐含，定位明显 点实体：记录点坐标和属性代码 线实体：记录两个或一系列采样 面实体：记录边界上一系列采样点的坐标，由于多边形封闭，边界为闭合环，加面域属性代码。 北斗系统和GPS的比较 1. “无线传感器网络”术语的标准定义 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。 2.传感器网络基本工作过程 1) 传感器节点的处理器模块完成计算与控制功能，射频模块完成无线通信传输功能，传感器探测模块完成数据采集功能，通常由电池供电，封装成完整的低功耗无线传感器网络。 (2) 网关节点只需要具有处理器模块和射频模块，通过无线方式接收探测终端发送来的数据信息，再传输给有线网络的PC机或服务器。 (3) 各种类型的低功耗网络终端节点可以构成星形拓扑结构，或者混合型的ZigBee拓扑结构，有的路由节点还可以采用电源供电方式。 (4) 当通信环境发生变化导致两个节点失效时，先前借助它们传输数据的其他节点将自动重新选择路由，保证在网络出现故障时能够实现自动愈合。 3.无线传感器网络与Ad hoc网络的比较 不同点：1）网络功能：WSN是以获取感知信息为主要目的信息采集网络。AD-hoc是解决人与人，设备与设备之间信息传输 2）结点能力：WSN小型化，低成本，低功耗，处理能力低，通信速率与通信距离有限。AD-hoc处理与存储能力，通信能力，可靠性相对强大。 3）网络形态：WSN大规模，密度高。AD-hoc是小型网络，密度高后冲突增大。 4）拓扑结构：WSN是一到多，多到一（结点到用户，结点间一般不存在通信）。AD-hoc是任意的点到点 5）业务特征：WSN由用户发起查询或节点检测到异常或周期报告，业务量低。AD-hoc是传输语音，数据，视频等业务，业务量高。 6）关注问题：WSN以数据为中心，电池供电，能量有限，所以限制其网络协议算法设计强点简单高效。AD-hoc以通信为目的，与能量无关，以网络容量，Qos，业务传输的有效性为主。 相同点：不依托任何网络基础设施的情况下开展工作：都可以依靠节点之间的自组织行为对信道资源的使用以及在网络拓扑动态变化的情况下实现多跳路由转发等功能。 4. 无线传感器网络的特征 1） 能量受限2）可扩展性3）健壮性4）环境适应性5）实时性 5.传感器网络节点的结构 传感器模块：传感器，AD/DC转换器。监测区域内信息的采集和数据转换。 计算与存贮模块：应用程序，内存，处理器。控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据和其他节点发来的数据。 无线通信模块：网络层，MAC层，物理层。与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据。 能量供应模块：微型电池。为传感器节点提供能量。 6. 传感器节点的限制条件 电源能量有限 通信能力受限 计算和存储能力受限 7. 传感器网络的结构 平面结构：（等式结构）网络负荷由多条路径共同承担但可扩充性差。 分层结构：具有很好的扩充性，但能量消耗巨大。 8.传感器网络由数据获取子网、数据分布子网和控制管理中心三部分组成。主要组成部分是集成了传感器、数据处理单元和通信模块的节点，节点通过协议自组织成一个分布式网络，将采集的数据优化后经无线电波传输给信息处理中心。 9.传感器网络节点的体系 由分层的网络通信协议、网络管理平台和应用支撑平台三个部分。 10.结点封装示例：1密封型封装罩2锥形罩 11.传感器网络的关键技术 1）无线通信技术2）低功耗设计问题3）嵌入式操作系统设计4）多条自组织的网络路由5）数据融合方法6）如何保护机密数据和防御网络攻击 12.组网特点：自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大和需要高的可靠性等。 13.传感器网络的特点 传感器网络的节点数量大 传感器节点有一定的故障率 传感器网络节点的限制 传感器网络的拓扑结构变化快 以数据为中心 14.物理层特点 灵活的信道宽度 前向纠错 自适应天线系统 AAS：可改善通信距离，提高系统容量 动态频率选择DFS：可帮助减小干扰 空时编码STC：通过空间分集提高在衰落环境下的性能 15.IEEE802.16实现了OSI模型中的数据链路层的大部分功能，从上到下包括：会聚子层，公共部分子层，加密子层（安全子层） 16.802.16系列标准协议栈按照两层体系结构组织，主要对网络的低层，即MAC层和物理层进行了规范。 主要包括：1）MAC层，物理层，毫米波频率范围 2）点对多点（PMP）拓扑结构 3）网格网（Mesh）拓扑结构 4）用户站（SS）和基站（BS） 1.应用层的基础性技术：时间同步机制、定位技术、数据融合、能量管理和安全机制等。 3.传感器网络时间同步机制的意义和作用 1）传感器节点需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。例如数据融合。 2），传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。 如休眠/唤醒机制，同步机制为本地时钟提供相同的时钟基准。 4.时间同步协议的特点 1）结点造价低，体积小，不安装同步器件 2）结点无人值守，有限能量，侦听通信会消耗能量，运行同步协议需考虑消耗的能量。 3）现有网络的时间同步机制关注于最小化同步误差来达到最大的同步精度方面，很少考虑计算和通信的开销及能量消耗。 5.TPSN协议的操作过程 前提条件： 假设每个传感器结点都有唯一的标识号ID；结点间的无线通信链路是双向的，通过双向的消息交换实现结点间的时间同步；将整个网络内所有结点按照层次结构进行管理，负责生成和维护层次结构。 第一个阶段生成层次结构，第二个阶段实现所有树节点的时间同步。 6. 什么是TPSN同步协议： 1）采用层次结构，实现网络结点的时间同步； 2）所有结点按照层次结构进行逻辑分级，表示结点到根结点的距离； 3）通过基于发送者—接收者的结点对方式，每个结点与上一级的一个结点进行同步，从而最终所有结点都与根结点实现时间同步。 7.传感器网络的定位方法分类： (1) 根据是否依靠测量距离，分为基于测距的定位和不需要测距的定位； (2) 根据部署的场合不同，分为室内定位和室外定位； (3) 根据信息收集的方式，网络收集传感器数据称为被动定位，节点主动发出信息，用于定位称为主动定位。 8.定位的含义：指自组织的网络通过特定方法提供节点的位置信息。 9.能量管理的意义： 随着通信距离的增加，能耗急剧增加，通常为了降低能耗，应尽量减小单跳通信距离。 多个短距离跳的数据传输比一个长跳的传输能耗会低些。在传感器网络中要减少单跳通信距离，尽量使用多跳短距离的无线通信方式。 传感器节点通常由四个部分组成：处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源管理单元。传感器单元能耗与应用特征相关，采样周期越短、采样精度越高，能耗越大。 由于传感器单元的能耗要比处理器单元和无线传输单元的能耗低得多，可以忽略，通常只讨论处理器单元和无线传输单元的能耗问题。 10. 传感器网络的电源节能方法 1） 休眠机制2）数据融合 11. 数据融合的定义： 1） 数据融合是多信源，多层次的处理过程，每个层次代表信息的不同抽象程度。 2） 数据融合过程包括数据的检测，关联，估计与合并 3） 数据融合的输出包括低层次上的状态身份估计和高层次上的总战术态势的评估 12. 数据融合的作用： 提高信息的准确性和全面性 降低信息的不确定性 提高系统的可靠性 增加系统的实时性 29、定向扩散路由协议是一种基于查询的路由机制。 扩散节点通过兴趣信息发出查询任务，采用洪泛方式传播兴趣信息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。兴趣信息用来表示查询的任务，表达了网络用户对监测区域内感兴趣的具体内容，例如监测区域内的温度、湿度和光照等数据。 在兴趣信息的传播过程中，协议将逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到汇聚节点的数据传输梯度，传感器探测节点将采集到的数据沿着梯度方向传送给汇聚节点。 1、通信与组网技术 通信处于传感器网络的最底层，包括物理层及MAC层； 主要解决实现数据的点到点或则点到多点的传输问题，为上层组网提供通信服务； 同时满足传感器网络大规模、低成本、低功耗及鲁棒性等要求 组网技术以底层通信技术为基础，建立一个可靠且具有严格功耗预算的通信网络，向 提供服务支持； 网络层负责数据的路由转发，传输层负责实现数据传输的服务质量保障； 在资源消耗与网络服务性能之间平衡。 2、 物理层的定义 答：物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接，提供机械的、电气的、功能的和规程性的特性。 3、物理层的主要功能如下： 答：①为数据终端设备提供传送数据的通路。 ②传输数据，物理层要形成适合传输需要的实体，为数据传输服务，保证数据能在物 理层正确通过，并提供足够的带宽，以减少信道的拥塞。（数据传输的方式能满足点 到点、一点到多点、串行或并行、半双工或全双工、同步或异步传输的需要） ③其他管理工作，如信道状态评估、能量检测等 4、 物理链接方式：点对点，多点连接或广播连接 传输介质种类：架空明线、平衡电缆、同轴电缆、光纤、双绞线和无线信道等 5、 物理接口的四个特性：机械特性，电气特性，功能特性，规程特性 6、 物理层的主要技术包括：介质（电磁波和声波）的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。 7、 无线电波：全方向传播信号，它能向任意方向发送无线信号，所以发射方和接收方的装置在位置上不必要求很精确的对准。 8、 基带信号：通常信号源的编码信息（即信源）含有直流分量和频率较低的频率分量。 （通常将带通信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。） 9、 调制技术：通过改变高频载波的幅度、相位或频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化。解调：是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者(信宿)处理和理解的过程。 10、 根据调制基带信号的类型，可以将调制分为模拟调制和数字调制（主流的调制技术）。 11、 调制：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。（频率和相位主流）原理如下： 频率：用二进制数字序列的数字基带信号去控制连续高频载波的幅度（1有载波输出，0无） 相位：用二进制数字基带信号控制高频载波的相位，载波相位的选取。(绝对相位PSK相对相位DPSK) 12、 扩频技术：是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。 扩频技术的三个意思：1、信号的频谱被展宽了2、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱3、在接受端用相关解调（或相干解调）来解扩 13、 香农公式：C=Wlog2(1+S/N)；式中：W是信道带宽（赫兹），S是信号功率（瓦），N是噪声功率（瓦）。结论：在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比S／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比情况下，传输信息。 14、 扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。 14扩频技术按照工作方式:直接序列扩频(DSSS)；跳频(FHSS)；跳时(THSS)；宽带线性调频扩频(chirp-SS,简称切普扩频)。 15、 扩频通信与一般无线通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调。 16、 扩频技术的优点包括：易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率;抗干扰性强，误码率低;隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小;可以实现码分多址;抗多径干扰;能精确地定时和测距;适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务;安装简便，易于维护。 17、 无线传感器网络的通信传输介质：无线电波、红外线和光波。“工业、科学和医疗(ISM)” ISM频段的优点：自由频段，无须注册，可选频谱范围大，实现起来灵活方便。 ISM频段的缺点：主要是功率受限，另外与现有多种无线通信应用存在相互干扰问题。 18、 ISM频段的主要优点：1、ISM是自由频段，可用频带宽，并且在全球范围内都具有可用性；2、没有特定的标准，给设计适合无线传感器网络的节能策略带来了更多的设计灵活性和空间。3、ISM频段存在一些使用上的问题，例如功率限制以及与现有的其他无线电应用之间存在相互干扰等。 19、 红外通信的缺点：穿透能力差，要求发送者和接收者之间存在视距关系。这导致红外难以成为无线传感器网络的主流传输介质，而只能在一些特殊场合得到应用。 20、 物理层的帧结构： 物理帧的第一个字段是前导码，字节数一般取4，用于收发器进行码片或者符号的同步。第二个字段是帧头，长度通常为一个字节，表示同步结束，数据包开始传输。帧头与前导码构成了同步头。 帧长度字段通常由一个字节的低7位表示，其值就是后续的物理层PHY负载的长度，因此它的后续PHY负载的长度不会超过127个字节。 物理帧PHY的负载长度可变，称为物理服务数据单元（PSDU)，携带PHY数据包的数据，PSDU域是物理层的载荷 。 21、 MAC协议定义：是通过一组规则和过程来有效、有序和公平地使用共享介质。 22、 MAC协议功能：1、MAC协议决定着无线信道的使用方式，在传感器结点之间分配有限的无线通信资源，构建传感器网络系统的底层基础结构。2、MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对网络性能有较大影响，是保证传感器网络高效通信的关键网络协议之一。 设计传感器网络的MAC协义时，需要考虑的问题：节省能量；可扩展性；网络效率 23、 网络结点无线通信模块的状态：发送状态、接收状态、侦听状态和睡眠状态 24、 通常无线传感器网络的无效能耗主要来源于如下四种原因：①空闲监听②数据冲突 ③串扰④控制开销 27、路由选择是指选择互连网络从源节点向目的节点传输信息的行为，并且信息至少通过一个中间节点。 路由协议功能：负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它包括两个功能： ①寻找源节点和目的节点间的优化路径；②将数据分组沿着优化路径正确转发。 28、无线传感器网络的路由协议特点（1）能量优先（2）基于局部拓扑信息（3）以数据为中心（4）应