无线传感网络期末复习提纲

传感器节点体系结构：

传感器模块 处理器模块 无线通信模块

处理器 网络 MAC AC/DC 传感器

存储器 收发器

能量供应模块

由

传感器模块：负责监测区域内信息的采集和数据转换 处理器模块：负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据

无线通信模块：负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据 能量供应模块：提供能量，通常采用微型电池 组成

传感器网络与现有无线网络的区别：无线自组网是一个由几十个到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳性的移动性对等网络。两者区别：

1.传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大，节点分布更为密集；

2.由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障； 3.环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化； 4.传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用，传统无线网首要考虑服务质量和高效带宽利用，其次才是能源。

传感器节点的限制：

1.电源能量有限：由于体系微小，通常携带能量十分有限的电池，加上分布广，部署环境复杂，电池难以更换

2.通信能力有限：传感器考虑到节点能量限制和网络覆盖区域大，传感器通常采用多跳路由的传输机制，加上传感器节点的无线通信带宽有限，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信频繁出现中断。

3.计算和存储能力有限：传感器节点价格低功耗小，导致了携带的处理器能力比较弱，存储容量比较小。

传感器网络的特点：

1.大规模网络：一方面是指传感器节点分布的地理区域很大，另一方面是指传感器节点很多和密集；

2.自组织网络：通常传感器节点被放置在没有基础结构的地方，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，这就要求传感器节点有自组织的能力，

能够自动进行配置和管理。

3.动态性网络：传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变 (1)环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；

(2)环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；

(3)传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性； (4)新节点的加入。

这些都要求传感器网络系统能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。

4.可靠地网络：由于传感器节点工作的环境可能非常恶劣，且人工不好进行维护和照顾，使得传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。

5.应用相关网络：不同的传感器网络关心不同的物理量，因此对传感器的应用系统也有各种各样的要求，不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然会有很大差别，所以传感器网络不能有统一的通信协议平台，只有让系统更贴近应用，才能做出高效的目标系统，针对每一个具体应用来研究传感器技术。 6.以数据为中心的网络：以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近于自然语言交流的习惯。

为什么说传感器网络是动态性网络。 为什么说传感器网络是应用相关的网络。

与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有哪些特点，为什么？

1.能量优先。传统路由协议在选择最优路径时，很少考虑节点的能量消耗问题。而无线传感器网络中节点的能量有限，延长整个网络的生存期成为传感器网络路由协议设计的重要目标，因此要考虑节点的能量消耗以及网络能量均衡实用的问题。

2.基于局部拓扑信息。无线传感器网络为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源，使得节点不能存储大量的路由信息，不能进行太复杂的路由计算。

3.以数据为中心。无线传感器网络中大量节点随机部署，所关注的是感知数据，而不是具体哪个节点获取的信息，不依赖于全网唯一的标识。传感器网络通常包含多个节点到少数汇聚节点的数据流，以数据为中心形成的转发途径。

4.应用相关。传感器网络的应用环境千差万别，数据通信模式不同，没有一个路由机制适合所有的应用。

定向扩散DD的详细协议细节：是一种基于查询的路由机制，汇聚节点通过兴趣消息发出查询任务，采用洪泛方式传播兴趣消息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。兴趣消息用来表示查询的任务，表达网络用户对监测区域内感兴趣的信息。在兴趣消息的传播过程中，协议逐跳的在每个传感器节点上建立相反的从数据源到汇聚节点的数据传输梯度，传感器节点将采集到的数据沿着梯度方向传送到汇聚节点。

GEAR路由：在数据查询类应用中，汇聚节点需要发送查询命令到所有节点，采用洪泛的方式传播命令，这样的开销很大，GEAR路由机制根据事件区域的地理位置信息，建立汇聚节点到事件区域的优化路径，避免了洪泛传播方式，从而减少了路由建立的开销。GEAR路由假定每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息，通过简单的Hello交换机制知道邻居节点的信息，GEAR路由中查询消息包括发布查询命令和将检测数据通过反向路径到汇聚节点。

在设计无线传感器网络的MAC协议时，需要考虑哪些方面，为什么？

1.节省能量。传感器网络的节点一般是干电池，纽扣电池等提供能量且能量难以进行补充，为了长时间保证传感器网络的有效工作，MAC协议应尽量节省使用节点的能量。

2.可扩展性。由于传感器节点数目、分布密度、节点位置不断变化，还有新节点的加入网络的问题，所以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性，MAC也应有课扩展性来适应变化的拓扑结构。

3.网络效率。网络效率包括网络的公平性，实时性，网络吞吐量以及带宽利用率。

周期性侦听和睡眠细节：为了减少能量消耗，节点要尽量处于低功耗的睡眠状态，每个节点独立地调度它的工作，周期性的转入睡眠状态，在苏醒后侦听信道状态，判断是否需要收发数据，且相邻节点之间应该尽量维持睡眠/侦听调度周期的同步。每个节点用SYNC消息通告自己的调度信息，同时维护一个调度表，保存所有相邻节点的调度信息。当节点启动工作时，首先侦听一段时间，如果收到其他节点的调度信息，则将调度周期与邻居节点相同，并在等待一段时间后广播它的调度信息，另外，当收到多个调度信息时，选取第一个收到的信息并记录所有收到的调度信息，如果没有收到调度信息，则产生自己的调度周期并广播，在广播时，如果收到邻居的调度信息，分为两种：当没有收到过于自己调度相同的通告，则放弃自己的采纳邻居的通告；当已经收到过邻居的和自己的相同的通告，则调度表中记录该信息，以便与非同步相邻节点通信。这样形成虚拟簇，不同的虚拟簇之间通过边界节点进行调度同步，对于新加入的节点，每个节点会定期广播自己的调度让新节点保持同步。

IEEE 802.15.4网络可分为全功能设备FFD和精简功能设备RFD，设备之间都可进行通信。拓扑结构：星型网络、点对点网络。

星型网络形成：第一步使用FFD设备建立网络协调器，网络协调器为网络选择一个唯一的标识符，所有网络中的设备用的都是这个标识符来规定自己的属主关系，星型网络中的两个设备需要通信，都是发给网络协调器，然后由协调器转发给对方。

数据融合的作用，为什么进行数据融合？

1.节省能量，由于传感器节点密集，节点的监测范围互相交叠，导致邻近节点的信息存在冗余，全部发送给汇聚节点浪费能量，也没有获得更多信息，数据融合就是去除冗余信息，减少能量消耗。

2.获得更准确的信息，传感器网络又大量低廉的节点组成，部署在不同环境中，导致获得的信息存在较高的不可靠性，所以，对监测区域内的多个传感器采集的数据进行综合，有效提高精度和可信度。

3.提高数据收集效率，数据融合减少了需要传输的数据量，可以减轻网络的传输阻塞，降低数据的传输延迟，减少传输中的冲突碰撞现象，提高无线信道的利用率。

CSMA/CD协议和CSMA/CA协议的区别：CSMA/CD：带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测冲突，但无法“避免” CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量“避免”；

两者的传输介质不同,CSMA/CD用于总线式以太网,而CSMA/CA则用于无线局域网802.11a/b/g/n等等；

2.检测方式不同,CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电

压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式；

3.WLAN中，对某个节点来说，其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度，也就是说它自己的信号会把其他的信号给覆盖掉； 4.本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突。

传感器网络是多跳网络的原因：在无线网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

传感器网络中如何解决省电问题的？ 1.低功耗设计 2.时间同步

3.周期性侦听和睡眠 4.流量自适应侦听机制 5.串音避免 6.消息传递 7.动态能量管理 8.动态电压调节

什么是隐蔽站，什么是暴露站，如何解决隐藏终端，暴露终端问题？ 隐蔽问题：当两个机器检测不到一个无线网信号的时候就以为它是空闲的，然后同时发送请求，结果发生碰撞。这就叫隐蔽站 暴露站：当一个机器A想向外发送信号时候，却发现信道忙，而等待。但是忙着的信道是B，C机器，其中B是在A的信号范围内的，而C不在A的信号范围内。但是 BC在通信，所以虽然C不在A的信号范围内它也知道了C在忙。这就是暴露站

解决方法：单信道RTS-CTS握手机制的方法；采用双信道、多信道方法；定向天线；

基于RSSI的定位

已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据收到信号的强度，计算出信号的传播损耗，利用理论和经验模型将传输损耗转化成距离，再利用已有的算法计算出节点的位置

三边测量法P138 极大似然估计法P139

基于TOA的定位P141，课件 DV-Hop定位法，计算P149 NTP协议的基本原理P160