无线传感器总结复习资料0学生_机械设计复习资料总结
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无线传感器网络课程总结
1、现代信息科学的六个组成部分
信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分
2、WSN的定义
大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中的节点是同构的、成本较低、体积较小、大部分节点不移动、被随意撒布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。
3、WSN和Ad-hoc网络的区别
不同点：（1）网络拓扑结构和工作模式各不相同。
Ad hoc网络: 网络拓扑结构动态变化。
WSN: 网络拓扑结构是静态的。
（2）工作模式不同。
WSN:多对一(Many-to-One)通信，节点之间几乎不会发生消息交换。以数据为中心（Data Centric），与组播正好相反
Ad Hoc网络 ：网络中任意两节点之间都有通信的可能。
相同点（补充）：
基本不需要人的干预，大部分工作是以自组织的方式完成的，二者统称为自组织网络（Self-Organization Networks）。二者的研究都是追求低功耗的自组织网络设计。
4、无线传感器网络的特点
(1)传感器节点数目大，密度高，采用空间位置寻址
(2)传感器接点的能量、计算能力和存储能力有限（能量、计算存储低、关键在有效简单的路由协议）
(3)无线传感网络的拓扑结构易变化，有自组织能力（与传统的有不同的特点和技术要求：它根据需要可以在工作和休眠之间切换，因此网络的拓扑结构容易发生变化，传统的网络重在QoS和更大的宽带保证，并且是静止的。无线传感器网络需要节省能量，保证连通性和延长运行寿命）
(4)传感器节点具有数据融合能力（与Mesh网络区别，数据小，移动，重能源。与无线Ad-hoc网络比数量多、密度大、易受损、拓扑结构频繁、广播式点对多通信、节点能量、计算能力受限。）
5、路由两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息
6、WSN路由协议的基本概念
WSN路由协议是一套将数据从源节点传输到目的节点的机制
7、内爆和重叠现象的解释（做图）
内爆(Implosion)：节点向邻居节点转发数据包，不管其是否收到过相同的（将同一个数据包多次转发给同一个节点的现象就是内爆）（左图）重叠(Overlap)：感知节点感知区域有重叠，导致数据冗余（右图）
8、SPIN协议的三步握手协议，并解释
（1）节点A有新数据，通过ADV发布新数据信息，使用元数据
（2）B节点收到ADV后，发现自己没有该数据，通过REQ向A请求新数据
（3）A节点向B节点传送源数据
（4）B节点融合新数据，并通过ADV发布新数据消息DATA
（5）如果节点ADV中描述的数据的副本就忽略该消息
SPIN协议采用三次握手协议来实现数据的交互，协议运行过程中使用三种报文数据：ADV、REQ和DATA。ADV用于数据的广播，当某个节点有数据可以共享时，可以用ADV数据包通知其邻居节点；REQ用于发送数据，当某一个收到ADV的节点希望收到DATA数据包时，发送REQ数据包；DATA为原始感知数据包，里面装载了原始感知数据。
9、SPIN协议的协商通过元数据来解决
元数据：节点感知数据的抽象描述，一种对源数据的一个映射，比源数据短（数据压缩）（1）元数据描述实数据（2）元数据与时数据一一对应 避免传输冗余数据
10、DD协议的三个阶段----兴趣扩散、梯度建立和路径加强（会画图）·汇聚节点发送查询消息
·兴趣消息：任务性质、数据采集/发送数率、时间戳等 ·中间节点：记录、转发
·梯度：表示了数据的传输方向
11、LEACH协议经过2个阶段（簇头建立和数据传输）
网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段：(1)簇头建立阶段：
·节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头； ·簇头节点广播自己成为簇头的事实；
·其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该簇头节点； ·簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时间片；（2）数据传输阶段：节点在分配给它的时间片上发送数据。
12、LEACH协议的基本思想
网络周期性地随机选择簇头节点，其他的非簇头节点以就近原则加入相应的簇头，形成虚拟簇，簇内节点将感知到的数据直接发送给簇头，由簇头转发给Sink节点，簇头节点可以将本簇内的数据进行融合处理以减少网络传输的数据量。延长节点的工作时间，并且实现节点的能耗平衡。
13、LEACH协议的簇头选择的策略
每个传感器节点选择[0，1]之间的一个随机数，如果选定的值小于某一个阈值，那么这个节点成为簇头节点，计算如下： k 如n GNk[rmod(n/k)]
0 其它情况
N表示网络中传感器节点的个数，k为一个网络中的簇头节点数，r为已完成的回合数，G为网络生存期总的回合数。一个回合表示一个周期，分为两个阶段：簇的建立和稳定的数据传输阶段。
14、ZigBee技术定义：ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的双向无线通讯技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术。
15、ZigBee可工作在2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz 和美国的915 MHz 3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率。不同频段可使用的信道分别是16、1、10个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率
16、ZigBee的两类地址：
（1）IEEE物理地址：每个ZigBee设备都有一个64位的IEEE长地址，即MAC地址。物理地址是在出厂时候初始化的。它是全球唯一的。（2）网络地址
网络地址也称短地址，通常用16位的短地址来标识自身和识别对方，对于协调器来说，短地址始终为0x0000，对于路由器和节点来说，短地址由其所在网络中的协调器分配。
T(n)
17、（1）无线传感器网络包括4类基本实体对象：目标、观测节点、传感节点和感知视场。（2）无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。传感器节点一般由4部分组成：数据采集模块、处理控制模块、无线通信模块(能量消耗的主要集中部分)、能量供应模块。
（3）无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制和通信
（4）无线传感器网络通信体系结构包括：物理层、数据链路层、网络层、传输控制层、应用层。
18、CSMA/CA机制:
当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。否则执行退避算法。
19、目前无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电、红外线和光波等。
（1）无线通信的介质包括电磁波和声波。电磁波是最主要的无线通信介质，而声波一般仅用于水下的无线通信。根据波长的不同，电磁波分为无线电波、微波、红外线、毫米波和光 波等，其中无线电波在无线网络中使用最广泛。
（2）无线电波是容易产生，可以传播很远，可以穿过建筑物，因而被广泛地用于室内或室外的无线通信。无线电波是全方向传播信号的，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。20.传感器节点定位的基本术语：
（1）邻居节点（Neighbor Nodes）：是指传感器节点通信半径内的所有其他节点，也就是说：在一个节点通信半径内，可以直接通信的所有其他点。（2）跳数（Hop Count）：是指两个节点之间间隔的跳段总数。
（3）跳段距离（Hop Distance）：是指两个节点间隔的各跳段距离之和。
（4）接收信号强度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）：是指节点接收到无线信号的强度大小。
（5）到达时间（Time of Arrival，TOA）：是指信号从一个节点传播到另一节点所需要的时间。
（6）到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）：两种不同传播速度的信号从一个节点传播到另一节点所需要的时间之差。
（7）到达角度（Angle of Arrival，AOA）：是指节点接收到的信号相对于自身轴线的角度。（8）视线关系（Line of Sight，LOS）：是指两个节点间没有障碍物间隔，能够直接通信。（9）非视线关系（Non Line of Sight，NLOS）：是指两个节点之间存在障碍物。（10）基础设施（Infrastructure）：是指协助传感器节点定位的已知自身位置的固定设备（如卫星、基站等）。
（11）网络连接度：网络连接度是所有节点的邻居数目的平均值，它反映了传感器配置的密集程度。
（12）信标节点：锚点
通过其它方式预先获得位置坐标的节点。
21.（1）无线传感器网络需要时间同步，因为：在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差，RBS、TPSN是典型的时间同步算法，其原理：
RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大
TPSN协议采用层次型网络结构，首先将所有节点按照层次结构进行分级，然后每个节点与上一级的一个节点进行时间同步，最终所有节点都与根节点时间同步。
22.无线传感器网络需要节点定位，因为传感器节点的自身定位是传感器网络应用的基础。许多应用都要求网络节点预先知道自身的位置，并在通信和协作过程中利用位置信息完成应 用要求。若没有位置信息，传器节点所采集的数据几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的应用中，节点的定位成为关键的问题。
基于距离的定位算法：通过测量节点与信标节点间的实际距离或方位进行定位
三边测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点D的距离，确定节点D的坐标
三角测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C的角度，确定节点D的坐标
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