无线传感器网络期末复习考点总结.pdf

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1、第一章第一章 概述概述1。无线传感器的概念概念：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（特征特征)类似类似:自组织性、分布式控制、拓扑动态性；区别区别: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.开发用的硬件平台硬件平台嵌入式个人计算机：PDA；专用传感器节点：Berkeley MotesBerkeley Motes（广泛）（广泛）、UCLA Medusa、MIT uAMP；片上系统节点：Smart Dust、BWRC PicoNode4。软件平台软件平台：TinyOSTinyOS（最早（最早)

2、、nesC、TinyGALS、Mote 等5。设计目标设计目标:体积小、成本低、功耗低、自组织、可扩展、自适应、可靠、安全、(带宽）资源利用率高、服务质量高。第二章第二章 体系结构体系结构1。节点组成节点组成(4):感知、处理、通信、电池模块2。汇聚节点汇聚节点的作用：（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3.多跳网络分为-平面结构平面结构:所有传感器节点地位相同、互为中继；分层结构分层结构:按簇组织，簇成员将数据发给簇头,簇头发给汇聚节点;好处好处:(1）降低通信能耗（2）平衡节点间的负载，并提高可拓展性(3)在簇头进行数据融合，减少数据发送量，提高能亮效率4.协议

3、栈协议栈-应用层应用层: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、网络安全;传输层传输层：负责节点间端到端的可靠、透明传输，包括拥塞控制和差错控制；网络层网络层：为传感器节点向汇聚节点发数据提供路由；数据链路层数据链路层：数据量的复用、数据帧的创建与检测、媒体接入、差错校验,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）和差错控制（前向纠错 FEC、自动重传请求 ARQ）；物理物理层层：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，并进行收发。5。设计准则设计准则：可扩展、可互通、抗毁、可靠、安全、能量高效性.第三章第三章 MAC MAC 协

4、议协议(数据链路层数据链路层)1。作用作用：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基础通信链路2。特点特点：尽量节省节点能量、可扩展性尽量节省节点能量、可扩展性、公平性(均衡节点能量消耗)、传输效率高.3.分类分类：(1)竞争型竞争型 MAC：SMAC、TMAC、Sift、WiseMAC（2）非竞争型非竞争型:DEANA、SMACS、DE-MAC、TRAMA（3)混合型混合型：ZMAC、FunnelingMAC4.设计目标设计目标：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。SMACSMAC-周期性侦听和休

5、眠机制;消息冲突与串音避免机制；长消息传递机制第四章第四章 路由协议（网络层）路由协议（网络层）1.特点特点:节能优先、多对一传输、以数据为中心、应用相关2。分类分类(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、基于机会、以数据为中心的路由协议3.设计目标设计目标:能量效率、可扩展性、自适应性、鲁棒性4LEACHLEACH：（1）创建阶段-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(）则成为簇头.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 广播，强度，

6、分簇（2）稳态阶段-发送数据：簇内-TDMA，簇头对汇聚节点用 CDMA 直接传送。特点特点：均衡负载、数据融合、休眠降耗、减少冲突.不足不足：分簇不均、随机变化、直接传送、未考虑位置和剩余能量、带宽资源浪费。第五章第五章 传输协议（传输层）传输协议（传输层）1.特点特点：节能优先、多对一传输、以数据为中心、应用相关性2。TCPTCP 不适用于无线传感器网络的原因不适用于无线传感器网络的原因：（1）TCP 遵循的原则是：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行相关处理（2）TCP 假设网络链路是可靠的,数据丢失由路由器溢出造成或拥塞

7、导致；而无线中的丢包可能由于链路传输差错、碰撞等原因引起，并具有随机性（3）TCP 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（4）TCP 建立和释放链接采用握手机制，过程复杂,不适合能量有限和要求实时传输的无线（5）TCP 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（6)IP 网络中的数据包一般较大，而无线中的一般较小，TCP 中的确认反馈和重传会造成较大的开销3。设计目标设计目标：能量效率、传输可靠、可扩展、自适应、服务质量、公平性4拥塞控制拥塞控制A A 拥塞避免拥塞避免：

8、(1）速率分配：对各节点的发送速率分配和限制（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 B 拥塞消除拥塞消除：（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）和隐式通知(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.可靠传输可靠传输A A 丢包恢复机制丢包恢复机制（检测、反馈、重传):ACK(每接一个反馈一个）、NACK(丢失才反馈）、IACK（监听下一跳的转发确认）；B B 冗余传输机制冗余传输机制：多次发送同一个数据包，可以

9、通过多路径到同一汇聚节点，也可以传输到不同的汇聚节点;C C 速率控制机制速率控制机制：调节发送速率，避免和缓解拥塞。6.CODACODA 速率控制速率控制:（1）拥塞检测拥塞检测：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精确拥塞检测,一旦检测到拥塞，则节点运用反压机制向上一相邻节点发送信令.（2）开环逐跳反压开环逐跳反压：在 CODA 中，一个节点只要检测到拥塞就广播一条反压消息。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

10、发该反压消息。（3）闭环多源调闭环多源调整整：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，则降低信源速率。第六章第六章 时间同步技术时间同步技术1.必要性必要性:（1)协作需求协作需求：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

11、偏移：时钟初始值之间的差3.时钟同步时钟同步：使网络中各节点在相同时刻时钟相等。（准确的准确的：和理想时钟一致；精确精确的的：变化率和理想时钟的变化率相等；同步的同步的：在同一时刻时钟相等）4。策略策略-偏移补偿偏移补偿：周期性补偿相对时钟偏移量；漂移补偿漂移补偿：估算出相对时钟漂移量，并补偿5.TPSNTPSN:节点结构中包含一个根节点，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行时间同步，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(RBSRBS）(T2=T1T2=T1+d,T4=T3d,T4=T3-+d+d,计算偏移和

12、传播时延）第七章第七章 拓扑控制技术拓扑控制技术1。概念概念：合理地调节节点的发射功率、休眠状态,并根据一定的原则选择合适的节点处理和传输数据，优化拓扑结构。2.必要性必要性-A A 提高能量效率提高能量效率:均衡节点负载；B B 通信效率通信效率:减小节点通信干扰；C C 协议效协议效率率：调节链接关系;D D 数据融合效率数据融合效率:选择合适节点进行数据融合;E E 可拓展性可拓展性：建立分簇的层次结构,有利于分布式控制的应用；F F 可靠性可靠性:尽可能保证网络的连通性和覆盖度等。3。基于节点度的功率控制算法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

13、处于上下限之间；基于临近图的功率控制算法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.LMALMA：初始以相同功率 P0 广播 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 则下轮功率 P=maxP=maxBmin*P0Bmin*P0,Adec*1Adec*1 P0*P0*（N-Nmax)N-Nmax)；如 N Nmin，则 P=min

14、BmaxP=minBmaxP0,AincP0,AincP0P0(Nmin(Nmin N)N)5。LMNLMN：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。基于层次结构的拓扑控制基于层次结构的拓扑控制：分簇来控制网络拓扑自适应分簇自适应分簇（GAF、LEACH）、分分布式布式分簇（HEED、DWEHC）7.GAFGAF：根据地理位置和发射半径划分虚拟单元格；都在发现态，Td 超时，广播声明，抑制其他，成为簇头；Ta（活动）、Ts（休眠）超时换到发现态第八章第八章 定位技术定位技术1。必要性必要性：A 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服务

15、；B B 节点的位置信息可以用于目标定位、跟踪和轨迹预测；C C 无线的一些网络控制功能,如路由选择、拓扑控制、安全控制等也需要传感器节点的位置信息来提高控制效率.2.节点定位节点定位:根据网络中少数已知节点的位置信息确定其他节点的位置3.测距技术测距技术：A A 基于到达时间到达时间（TOA）：已知传播速度和时延，根据到达时间确定；B B 基于达到时间差达到时间差（TODA）：发送两种信号，d=c1c2*（t2-t1)/（c1-c2)；C 基于到达到达角度角度（AOA）；D 基于接收信号强度接收信号强度（RSS）:Pr=Pt/ra，a 是传播因子4.质心算法质心算法：连通指标 CiCi=Nr

16、/Ns*100%=Nr/Ns*100%（Nr 接收数,Ns 发送数)，计算时间 TlTl=(S+1(S+1e e）T T（S 信标发送数量，T 发送周期)，大于门限值则认为和该信标连通。对所有连通的信标的坐标求平均则为“质心。5.DVDVHopHop 算法算法：(1）信标泛洪广播信标广播信标消息（含标识、位置、条数）,直到每个节点获得和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）信标利用和其他信标之间的最小条数、距离计算自己的平均跳距平均跳距(已知距离的和/最短跳数的和），并广播，节点只接受第一个；（3）节点获得至少三个信标的估计距离估计距离后利用三遍测距法算坐标.6.位置计

17、算:三遍测量法、三角测量法、最大似然估计法第九章第九章 数据融合技术数据融合技术1.必要性必要性: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、压缩感知法第十章第十章 无线多媒体传感器网络无线多媒体传感器网络1。特征特征: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、能量供应等方面)都有显著增强.（2

18、）感知媒体丰富感知媒体丰富: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.网络结构网络结构：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。关键技术关键技术：（1）组网与传输技术组网与传输技术：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服务质量保障技术，具体包括支持多媒体流、结合网络特性和质量服务

19、要求的路由协议；支持服务质量的 MAC 接入技术;支持可变服务质量、节能与自适应多媒体流的跨层组网技术。从传输来看，对于传输带宽和能量效率提出了更高的要求。（2）覆盖于部署技术覆盖于部署技术：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和网络协议设计产生很大影响。(3)信源编码技术信源编码技术:对于压缩多媒体数据量、保证视频和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：预测题：1.SMAC1.SMAC 与与 802802。1111 的区别的区

20、别：（1 1）SMAC 的主要设计目标是提高网络的能量效率能量效率，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 2）在长消息传递上，SMAC 只使用一个 RTS 和 CTS 为所有的短数据包预约信道;而802。11 在每个数据包竞争信道时都需要RTS/CTSRTS/CTS。（3 3）SMAC 中每个短数据包或 ACK 消息都包含一个时间域,用来指示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基于位置的最大剩余能量节点选择法：(1)利用传输

21、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。空洞绕行技术空洞绕行技术(GPSR)(GPSR)：贪婪转发模式+右手法则空洞绕行4。（1)最小功率路由最小功率路由：P(I,jP(I,j）=2E+K*da=2E+K*da（E 发/收电路能耗，d 距离，a 损耗因子）（2)最大剩余能量路由最大剩余能量路由：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，则选跳数少的路径(3)最小不情愿度路由最小不情愿度路由：节点的不情愿度=Ex-1Ex-1（剩余能量的倒数），路由的不情愿度为各节点的之和（4)组合能量代组合能量代价路由价路由:不情愿度=P(IP(I，j j）*T(I*T(I，j)/Ej2j)/Ej2(p 为最小传输功率,T 为传输成功率的倒数，E 为剩余能量)