第一章

考點：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成部分，概念、特點（了解）

?????? 分布式特點（了解）

?????? 實時性、時效性（了解）

?????? 常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（了解）

?????? WSN幾個分層、分層的功能（了解）

?????? 自組織網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸特點（了解）

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1、1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹

無線傳感器概念：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線通信網(wǎng)絡(luò)，它是由許多個傳感器節(jié)點通過無線自組織的方式構(gòu)成的，應(yīng)用在一些人們力不能及的領(lǐng)域。能夠?qū)崟r地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)的環(huán)境或觀察者感興趣的感知對象的各種信息，并對這些信息進(jìn)行處理后以無線的方式發(fā)送出去。

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無線傳感器組成：多個無線傳感器節(jié)點和少數(shù)幾個匯聚節(jié)點、外部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

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無線自組網(wǎng)：自組織：在節(jié)點位置確定之后，節(jié)點需要自己尋找其鄰居節(jié)點，實現(xiàn)相鄰節(jié)點之間的通信，通過多跳傳輸?shù)姆绞酱罱ㄕ麄€網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定正常的運行。

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WSN和無線自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad hoc）共有的特點：

?????? ①、自組織：在節(jié)點位置確定之后，節(jié)點能夠自己尋找其鄰居節(jié)點，實現(xiàn)相鄰節(jié)點之間的通信，通過多跳傳輸?shù)姆绞酱罱ㄕ麄€網(wǎng)絡(luò)，并且能夠根據(jù)節(jié)點的加入和退出來重新組織網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定正常地運行。

?????? ②、分布式：網(wǎng)絡(luò)的感知能力由若干冗余節(jié)點共同完成，每一個節(jié)點具有相等的硬件資源和通信距離，沒有哪一個節(jié)點嚴(yán)格地控制網(wǎng)絡(luò)的運行，節(jié)點消亡之后網(wǎng)絡(luò)能夠重組，任意一個節(jié)點的加入或退出，都不會影響網(wǎng)絡(luò)的運行，抗擊毀能力強。

?????? ③、節(jié)點平等：除了SINK節(jié)點以外，無線傳感器節(jié)點的分布都是隨機的，在網(wǎng)絡(luò)中以自己為中心，只負(fù)責(zé)自己通信范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)交換；每個節(jié)點都是平等的，沒有先后優(yōu)先級之間的差別，每個節(jié)點既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，具有相同的數(shù)據(jù)處理能力和通信范圍。

?????? ④、安全性差：對于自組織網(wǎng)絡(luò)來說，每一個節(jié)點的通信范圍是非常有限的，因此它只能跟自己通信范圍內(nèi)的節(jié)點進(jìn)行通信，采用的無線信道，非相鄰節(jié)點之間的通信需要通過多跳路由的形式來進(jìn)行，因此數(shù)據(jù)的可靠性沒有點對點高。

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WSN獨有的特征：（最基本的特點：節(jié)點的可感知、微型化、自組織能力）

①、計算能力不高：無線傳感器節(jié)點分布非常密集，大量節(jié)點決定了每個節(jié)點的成本不高，在限定的成本下采用的處理器處理速度就比較低，只能處理相對簡單的數(shù)據(jù)，并且節(jié)點的隊列緩存存儲長度也非常有限，不適用于特別復(fù)雜的計算和存儲，在傳感器網(wǎng)絡(luò)就要考慮節(jié)點的擁塞控制。

②、能量供應(yīng)不可替代：無線傳感器節(jié)點電池不可替代，每一個節(jié)點有自己的生命周期，因此，在能量節(jié)省與信息處理之間找到平衡點能夠最大限度地節(jié)省能量

③、節(jié)點變化性強：網(wǎng)絡(luò)的自組織和分布式等特點決定了網(wǎng)絡(luò)必須能夠快速重新構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，能夠動態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化。

④、大規(guī)模：為了保證數(shù)據(jù)的可靠、高效傳輸，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過采用大量的具有相同硬件設(shè)施的節(jié)點來采集數(shù)據(jù)，有許多節(jié)點設(shè)置采集的數(shù)據(jù)都是一樣的，因此這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余，保證數(shù)據(jù)最終能傳輸?shù)侥康墓?jié)點。

⑤、節(jié)點資源有限：如節(jié)點的電源能量、通信能力、計算存儲能力有限。而且難以維護(hù)，對節(jié)點運行的程序包括使用的存儲空間、算法時間開銷有較高的要求。

⑥、時效性：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的信息需要在一定時間內(nèi)及時送達(dá)觀察者或是數(shù)據(jù)處理中心，對可能發(fā)生的事故和危險情況進(jìn)行及時預(yù)告和提醒。

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?????? 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)———節(jié)點結(jié)構(gòu)

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)———網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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?????? ①、平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最簡單的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有節(jié)點為對等結(jié)構(gòu)，具有完全一致的功能特性

分及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為上層和下層兩個部分：上層為中心骨干節(jié)點；下層為一般傳感器節(jié)點。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴展性好，便于集中管理，可以降低系統(tǒng)建設(shè)成本，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和可靠性

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Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是規(guī)則分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中通常只允許節(jié)點和節(jié)點最近的鄰居通信

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)———協(xié)議結(jié)構(gòu)

?????? ①、物理層：負(fù)責(zé)載波頻率產(chǎn)生、信號的調(diào)制解調(diào)等工作，提供簡單但健壯的信號調(diào)制和無線收發(fā)技術(shù)。

?????? ②、數(shù)據(jù)鏈路層：差錯控制：媒體訪問控制；主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立和為傳感器節(jié)點有效合理的分配資源。差錯控制；保證源節(jié)點發(fā)出的信息可以完整、無誤地到達(dá)目標(biāo)節(jié)點。

?????? ③、網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地重要因素。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)節(jié)點無法直接與網(wǎng)關(guān)通信，需要通過中間件進(jìn)行多跳路由。（以數(shù)據(jù)為中心）

④、傳輸層：負(fù)責(zé)將傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)提供給外部網(wǎng)絡(luò)，也就是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間和節(jié)點與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信。

⑤、應(yīng)用層：主要由一系列應(yīng)用軟件構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測任務(wù)。這一層主要解決三個問題：傳感器管理協(xié)議、任務(wù)分配和數(shù)據(jù)廣播管理協(xié)議，以及傳感器查詢和數(shù)據(jù)傳播管理協(xié)議。

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各平臺管理功能：

能量管理平臺：管理傳感器節(jié)點如何使用資源，在各個協(xié)議層都需要考慮節(jié)省能量

移動管理平臺：檢測傳感器節(jié)點的移動，維護(hù)到匯聚節(jié)點的路由，是的傳感器節(jié)點能夠動態(tài)跟蹤其鄰居的位置。

任務(wù)管理平臺：在一個給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)度檢測任務(wù)。

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第二章、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計

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考點：

物理層的功能、協(xié)議、介質(zhì)、特點（了解）

無線電波使用頻段限制以及原因（了解）

傳輸調(diào)制、特點（了解）

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2、1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層概述

?????? 物理層：位于最底層，向下直接與物理傳輸介質(zhì)相連接，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)送與接收，是決定WSN的節(jié)點體積、成本以及能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

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?????? 主要功能：為數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路；傳輸數(shù)據(jù)；其他管理工作，如信道狀態(tài)評估、能量檢測等。

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?????? 傳輸介質(zhì)：主要包括無線電波、紅外線和光波。

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?????? 物理層特點：物理層研究集中在傳輸介質(zhì)、頻率選擇、調(diào)制機制三個方面；在設(shè)計中需要考慮成本和功耗、通信速率、通信頻段、編碼調(diào)制方式的選擇、物理幀結(jié)構(gòu)的問題

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2、2頻譜分配：

????????????? 頻率選擇：

????????????? 頻率的選擇影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能、體積、成本（當(dāng)前頻段的選擇大都集中在433-464MHz、902-928MHz以及2.4-2.5GHz ISM頻段）

???????????????????? ①、從節(jié)點功耗的角度考慮自身能耗、傳輸損耗與工作頻率的關(guān)系。在傳輸同樣的有效距離時，載波頻率越高則消耗能量越多，因為載波頻率越高對頻率合成器的要求也就越高。射頻前端收發(fā)機中頻率合成器可以說是其主要的工號模塊，波長越短傳播損耗越大。

???????????????????? ②、從節(jié)點的物理層集成化程度、成本的角度來考慮，雖然當(dāng)前的CMOS工藝已經(jīng)成為主流，但是對大電感的集成化還是一個非常大的挑戰(zhàn)，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，FCC組織給出2.4GHz的一個全球ISM頻段。

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2、3 WSN物理層調(diào)制解調(diào)技術(shù)：

?????? 傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)需要解決的問題：頻譜效率、誤碼率、環(huán)境適應(yīng)性，以及難以實現(xiàn)的難度和成本。

?????? WSN需要解決：節(jié)能和成本

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?????? 常用調(diào)制方式：

????????????? 模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、擴頻通信、UWB通信技術(shù)

?????? B-ary數(shù)字調(diào)制（二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制）：

????????????? 應(yīng)用于啟動時間較短、能量消耗大的的系統(tǒng)

?????? M-ary數(shù)字調(diào)制（多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制）

?????? ?????? 應(yīng)用于WSN，啟動能量消耗低的系統(tǒng)

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?????? B-ary和M-ary的比較：M-ary傳輸?shù)男畔⒘渴荁-ary的log2M倍，節(jié)省了傳輸時間，但是實現(xiàn)復(fù)雜且抗干擾能力不如B-ary，M越大誤碼率越大，M-ary電路更加復(fù)雜，能耗大。

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第三章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)計

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考點：

區(qū)分WSN的MAC協(xié)議（了解）

WSN數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議模型（二維、跨層）（掌握）

基于競爭的MAC協(xié)議題、圖（掌握）

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?????? 3、1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層概述

????????????? 數(shù)據(jù)鏈路層：就是利用物理層提供的數(shù)據(jù)傳輸功能，將物理層的物理連接鏈路轉(zhuǎn)換成邏輯連接鏈路，從而形成一條沒有差錯的鏈路，保證鏈路的可靠性。數(shù)據(jù)鏈路層也向它的上層——網(wǎng)路層提供透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流多路復(fù)用、數(shù)據(jù)幀監(jiān)測、媒體介入和差錯控制，保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)點到點以及多點到多點的連接。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層研究的主要內(nèi)容就是MAC差錯控制。怎樣實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中無線信道的共享，即介質(zhì)控制協(xié)議（MAC）的實現(xiàn)是WSN中數(shù)據(jù)鏈路層研究的一個重點，MAC協(xié)議的好壞直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)劣。

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?????? 3、2 WSN數(shù)據(jù)鏈路層關(guān)鍵問題

????????????? ①、網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化：在MAC協(xié)議中，WSN的關(guān)鍵性能指標(biāo)不是獨立存在的，而是互相影響的，在提高一種性能的同時可能會降低其他性能。現(xiàn)在所提出的MAC協(xié)議往往只考慮一種或兩種性能指標(biāo)，沒有綜合各種指標(biāo)使之達(dá)到更好的性能；

????????????? ②、跨層優(yōu)化：WSN區(qū)別于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)最重要的是WSN各層之間能夠?qū)崿F(xiàn)合作與信息共享。在WSN中采用了跨層設(shè)計，各層之間能夠通過共享一些信息來共同調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的性能。

????????????? ③、能效問題：WSN節(jié)點中，能量消耗主要用于無線信號的收發(fā)；無線通信模塊一般有四個狀態(tài)：發(fā)送、接收、空閑、休眠，四個狀態(tài)能量消耗逐級遞減，協(xié)議必須合理選擇節(jié)點偵聽和休眠的時間比例；還需考慮休眠期間節(jié)點的接收問題和緩刑期間節(jié)點收發(fā)的最大利用率問題，以最大限度地節(jié)省能量。

???????????????????? MAC的多余能量開耗主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

碰撞：無線信道上兩個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，這將發(fā)射失敗，造成大量的能量浪費。

持續(xù)監(jiān)聽：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的接受節(jié)點無法預(yù)測數(shù)據(jù)何時到達(dá)，另外每個節(jié)點還需要偵聽各節(jié)點的擁塞狀況，因此節(jié)點必須始終保持監(jiān)聽狀態(tài)，以防特殊情況的發(fā)生，這會浪費很多能量。

控制開銷：為了保證WSN的可靠性，MAC層協(xié)議需要使用一些控制分組來調(diào)節(jié)節(jié)點狀態(tài)，但這些控制分組中不存在有用的數(shù)據(jù)，因此也會消耗一部分能量。

????????????? ④、公平性：每個節(jié)點都有相同的權(quán)利來訪問信道，每個節(jié)點能量消耗保持大概的平衡，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。

????????????? ⑤、可擴展性：WSN與其他無線網(wǎng)絡(luò)相比，具有規(guī)模大、分布密集等特點。網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點分布結(jié)構(gòu)會動態(tài)性地變化，因此必須要有可擴展性。

????????????? ⑥、信道共享問題：多跳共享、信道復(fù)用方式。

???????????????????? 兩個問題：數(shù)據(jù)沖突（碰撞）；串?dāng)_（在共享信道中每個節(jié)點都能接收到數(shù)據(jù)，但不都是有用的，這會造成浪費）

?????? 3、3 WSN MAC協(xié)議分類：

????????????? 按節(jié)點接入方式分類：

???????????????????? 偵聽MAC協(xié)議：采用間斷偵聽的方式

?????? 喚醒MAC協(xié)議：采用基于低功耗的喚醒接收機來實現(xiàn)，當(dāng)然也有集合偵聽和喚醒兩種方式的MAC協(xié)議，如低功耗前導(dǎo)載波偵聽MAC協(xié)議。

調(diào)度MAC協(xié)議：使用于廣播中，廣播的數(shù)據(jù)信息包含了接收節(jié)點何時接入信道與何時控制接收節(jié)點開啟接收模塊。

????????????? 按信道占用數(shù)劃分：單信道（主要）、雙信道、多信道

????????????? 按分配信道方式劃分：競爭MAC協(xié)議隨機接入

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?????? 3、4 WSN的MAC協(xié)議：競爭型、分配型、混合型、跨層MAC協(xié)議

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?????? 基于競爭MAC協(xié)議：根據(jù)WSN負(fù)載量小、針對節(jié)點間的公平性以及通信延時要求不高等特點來設(shè)計的，其主要的設(shè)計目標(biāo)是提供大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)所需的可擴展性。并同時降低能耗。

????????????? ①、S-MAC協(xié)議：

把時間分為多個時隙，每個時隙中又劃分為偵聽、睡眠兩個狀態(tài)

????????????? 周期性偵聽和睡眠

????????????? 沖突避免

????????????? 自適應(yīng)偵聽

????????????? 分片傳遞消息，每個子段都會返回ACK應(yīng)答

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????????????? ②、T-MAC協(xié)議：

????????????? 相對于S-MAC協(xié)議來說，保持了S-MAC的周期，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的流量自適應(yīng)地調(diào)整激活的時間。

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T-MAC協(xié)議規(guī)定，當(dāng)鄰居節(jié)點還沒有結(jié)束通信時，節(jié)點不能進(jìn)入到睡眠狀態(tài)，因為該節(jié)點很有可能就是下一個數(shù)據(jù)的目的節(jié)點。假設(shè)節(jié)點檢測到串?dāng)_以后能夠觸發(fā)一個空閑間隔TA，TA必須要足夠大，以保證節(jié)點能夠監(jiān)測到串?dāng)_的CTS

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未來請求發(fā)送：采用提前通知需要接收數(shù)據(jù)的節(jié)點的方法來實現(xiàn)早睡的避免：

如上頁中的a所示，當(dāng)節(jié)點C接收到CTS后，除了觸發(fā)自己保持監(jiān)聽狀態(tài)之外，還發(fā)送一個FRTS分組給節(jié)點D，FRTS分組中含有節(jié)點D需要等待的時間，在此空閑狀態(tài)中，節(jié)點D必須要保持偵聽狀態(tài)。

在節(jié)點C發(fā)送FRTS時看哪個節(jié)點會干擾節(jié)點A發(fā)送的數(shù)據(jù)，因此節(jié)點A需要延遲原數(shù)據(jù)的發(fā)送響應(yīng)的時間，但是又必須保持對信道的占用，因此節(jié)點A在這段時間內(nèi)發(fā)送一個與FRTS一樣長度的分組，該分組不包含任何有用的數(shù)據(jù)，然后才接著發(fā)送有用數(shù)據(jù)信息。從而數(shù)據(jù)傳到節(jié)點C之后節(jié)點D還是處于喚醒狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)的實時傳輸。

由于采用了未來請求發(fā)送機制，協(xié)議需要增加一個FRTS分組傳輸?shù)臅r間，該方法提高了系統(tǒng)吞吐量和實時性，但是多了一些控制消息，相應(yīng)地要消耗能量。

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滿緩沖區(qū)優(yōu)先：當(dāng)節(jié)點的緩沖區(qū)快滿時，節(jié)點對收到的RTS分組不回復(fù)CTS，而是立即向緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的接收節(jié)點發(fā)送RTS，建立連接之后發(fā)送數(shù)據(jù)，以減輕緩沖區(qū)負(fù)載。如前頁中的b所示，節(jié)點B向節(jié)點C發(fā)送RTS，而節(jié)點C因為緩沖區(qū)滿不回復(fù)一個CTS分組，而是向節(jié)點D發(fā)送RTS以求數(shù)據(jù)傳輸。

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③、Sift協(xié)議

對CSMA/CA機制進(jìn)行修改，競爭窗口的大小是原本就設(shè)定好的，采用非均勻概率來決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)，它具有以下幾個特點：

WSN基于空間的競爭

基于事件的報告方式

感知事件的節(jié)點密度的自適應(yīng)調(diào)整

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基于分配的MAC協(xié)議

?????? ①、SMACS：

關(guān)鍵技術(shù)：節(jié)點在上電后先進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)，每發(fā)現(xiàn)一個鄰居，這一對節(jié)點就形成一個雙向信道，即一個通信鏈路。在兩個節(jié)點的超幀中為該鏈路分配一對時隙用于雙向通信。隨著鄰居的增加，超幀慢慢地被填滿。每對時隙都會選擇一個隨機的頻點，減少鄰近鏈路沖突的可能。這樣全網(wǎng)很快就能在初始化建立鏈路，這種不同步的時隙分配稱為異步分配通信

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????????????? 移動性管理-EAR算法

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EAR算法定義了一種新的信令機制，主要使用4種消息，建立移動節(jié)點和靜止節(jié)點之間通信鏈路的機制主要有以下步驟：

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（1）靜止節(jié)點會每間隔固定個超幀發(fā)送一次BI消息，移動節(jié)點在接收到靜止節(jié)點的BI消息后將開始連接過程。

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（2）靜止節(jié)點在接收到MI消息后需要檢查連接是否可以建立。

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（3）連接建立后，移動節(jié)點在移動過程中會接收到新的鄰近靜止節(jié)點發(fā)送的BI消息，移動節(jié)點會根據(jù)信道質(zhì)量選擇淘汰鄰居節(jié)點記錄中連接質(zhì)量較差的鄰居節(jié)點。

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②、TRAMA：

TRAMA協(xié)議將一個物理信道分成多個時隙，通過對這些時隙的復(fù)用為數(shù)據(jù)和控制信息提供信道。每個時間幀分為隨機接入和分配接入兩部分

為了提高能量效率，TRAMA盡可能地讓節(jié)點處于睡眠狀態(tài)，通過重用已經(jīng)分配但未使用的時隙來提高帶寬利用率。在分配接入周期任一給定的時隙t中，任一節(jié)點的狀態(tài)是由該節(jié)點的兩跳鄰居信息和該節(jié)點的一跳鄰居發(fā)布的分配信息來確定的，有發(fā)送、接收、睡眠三種中的一個狀態(tài)。

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混合型MAC：

①、ZMAC：

ZMAC協(xié)議是一種混合型MAC協(xié)議，采用CSMA機制作為基本方法，在競爭加劇時使用TDMA機制來解決信道沖突問題。

在網(wǎng)絡(luò)部署階段，節(jié)點啟動以后ZMAC協(xié)議將順序執(zhí)行以下步驟：鄰居發(fā)現(xiàn)→時隙分配→本地時間幀交換→全局時間同步。在網(wǎng)絡(luò)的運行過程中，除非網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，否則節(jié)點不會重復(fù)上述步驟，避免浪費能量。

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跨層MAC：

MINA：

MINA是一種基于跨層設(shè)計的大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通常由數(shù)百個低電量低運算能力的傳感器節(jié)點組成，同時網(wǎng)絡(luò)中還有一些基站節(jié)點，基站通常具有較強的運算能力，并具有充足的能量。

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在MINA架構(gòu)中，節(jié)點分為三種類型：

大量靜止的低容量（內(nèi)存、CPU、能量）傳感器節(jié)點；

少量手持移動節(jié)點；

靜止的大容量基站節(jié)點。

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根據(jù)距離基站的跳數(shù)，每個節(jié)點的鄰居也可以分為三類，即內(nèi)部鄰居、同等鄰居、外部鄰居。距離基站跳數(shù)比本地更小的鄰居為內(nèi)部鄰居，跳數(shù)相同的鄰居為同等鄰居，跳數(shù)更大的鄰居為外部鄰居。

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第四章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層

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考點：

?????? 什么是路由、路由維護(hù)、選擇？（了解）

?????? 區(qū)分WSN網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議（了解）

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一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層概述

?????? 路由：路由是指分組從原到目的地時，決定端對端路徑的網(wǎng)絡(luò)范圍的進(jìn)程

?????? WSN網(wǎng)絡(luò)層概述：在WSN中，路由協(xié)議主要用于確定網(wǎng)絡(luò)中的路由，實現(xiàn)節(jié)點間的通信。但是由于受節(jié)點能量和最大通信范圍的限制，兩個節(jié)點之間往往不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而需要以多跳的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)層就主要負(fù)責(zé)多條路由的發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，這一層的協(xié)議主要包括以下兩個方面：

?????? 路由的選擇：即尋找一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的最優(yōu)路徑；

?????? 路由的維護(hù)：保證數(shù)據(jù)能夠沿著這條最優(yōu)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

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?????? WSN網(wǎng)絡(luò)層與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別特征：

????????????? 大規(guī)模分布式應(yīng)用

????????????? 以數(shù)據(jù)為中心

????????????? 基于局部拓?fù)湫畔?/p>

????????????? 基于應(yīng)用

????????????? 數(shù)據(jù)的融合

??????

?????? WSN網(wǎng)絡(luò)層發(fā)展：

????????????? 最優(yōu)路徑選擇

????????????? 安全性

????????????? QoS保證

????????????? 能量高效利用和均衡

??????

?????? WSN路由協(xié)議特點：

????????????? 電池不可替換，高效、均衡利用能量

????????????? 協(xié)議應(yīng)精簡，無復(fù)雜算法，無大容量冗余數(shù)據(jù)需要存儲，控制開銷少

????????????? 網(wǎng)絡(luò)互連通過SINK節(jié)點來完成，其余節(jié)點不提供網(wǎng)外通信

????????????? 網(wǎng)絡(luò)無中心節(jié)點，多基于數(shù)據(jù)或位置的路由算法機制

????????????? 由于節(jié)點的移動或失效，一般采用多路徑備選

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?????? 挑戰(zhàn)：

????????????? 節(jié)能、高擴展性、容錯性、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、通信量分布不均勻

??????

??????

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層分類

?????? 根據(jù)節(jié)點在路由過程中是否有層次結(jié)構(gòu)，作用是否有差異，可以分為平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議

?????? 根據(jù)路由建立時機與數(shù)據(jù)發(fā)送的關(guān)系，可分為主動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混合路由協(xié)議。

?????? 根據(jù)傳輸過程中采用路徑的多少，可分為單路徑路由協(xié)議和多路徑路由協(xié)議

?????? 根據(jù)節(jié)點是否編址、是否以地址表示目的地，可分為基于地址的路由協(xié)議和非基于地址的路由協(xié)議

?????? 根據(jù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，可分為數(shù)據(jù)融合的路由協(xié)議和非數(shù)據(jù)融合的路由協(xié)議

?????? 根據(jù)是否以地理位置來表示目的地、路由計算中是否利用地理位置信息，可分為基于位置的路由協(xié)議和非基于位置的路由協(xié)議

?????? 根據(jù)是否以節(jié)點的可用能量或傳輸路徑上的能量需求作為選擇路由的根據(jù)，可分為能量感知路由協(xié)議和非能量感知路由協(xié)議

?????? 根據(jù)路由建立是否與查詢相關(guān)，可分為查詢驅(qū)動路由協(xié)議和非查詢驅(qū)動路由協(xié)議

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三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議

?????? 較為常用的路由協(xié)議有：基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議、基于集群結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議、基于地理位置的路由協(xié)議。

??????

?????? 基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議

?????? ①、SPIN協(xié)議：

????????????? 概述：SPIN協(xié)議是一類基于協(xié)商，以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議。該協(xié)議假設(shè)所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都是潛在的SINK節(jié)點，某一個要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點把數(shù)據(jù)傳送給任何需要該數(shù)據(jù)的節(jié)點，并通過協(xié)商機制減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。節(jié)點只廣播其他節(jié)點沒有的數(shù)據(jù)以減少冗余數(shù)據(jù)，從而有效地減少能量消耗。（ADV:廣播數(shù)據(jù)包；REQ：請求包；DATA：數(shù)據(jù)包）

????????????? ?

????????????? 當(dāng)接受到ADV報文的節(jié)點發(fā)現(xiàn)已經(jīng)擁有了ADV報文中描述的數(shù)據(jù)，那么它不發(fā)送REQ報文，能量較低的節(jié)點也不發(fā)送REQ報文（SPIN2）

????????????? 該協(xié)議解決的關(guān)鍵問題：Flooding協(xié)議（所有節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）、Gossiping協(xié)議（隨機節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）的內(nèi)爆和重疊問題。

???????????????????? 內(nèi)爆：節(jié)點向鄰居節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，不管其是否收到過相同數(shù)據(jù)；

???????????????????? 重疊：感知節(jié)點感知區(qū)域有重疊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余。節(jié)點多次受到來自同一區(qū)域的節(jié)點的同一事件的數(shù)據(jù)。

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????????????? 該協(xié)議的優(yōu)點：

通過節(jié)點間的協(xié)商解決內(nèi)爆和重疊問題；

???????????????????? 在路由選擇中使用了能量閾值，可以提高網(wǎng)絡(luò)生存時間

???????????????????? 不需要路由維護(hù)（沒有路由表）

???????????????????? 對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合

???????????????????? 對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化不敏感，可用于移動WSN

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????????????? 該協(xié)議的缺點：

???????????????????? 本質(zhì)上還是SPIN向全網(wǎng)擴散新信息，開銷較大

????????????????????

?????? ②、DD協(xié)議：

????????????? DD（定向擴散協(xié)議）：是一種以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，采用的是基于查詢的方法。通過匯聚節(jié)點在全網(wǎng)廣播自己需要的數(shù)據(jù)，同時在廣播的過程中形成了一條由節(jié)點到匯聚節(jié)點的路徑，節(jié)點采集到數(shù)據(jù)后會沿著這條路徑來傳送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點通過選擇一條最優(yōu)的路徑來接收數(shù)據(jù)。

????????????? DD協(xié)議基本思想：

???????????????????? 三個不同的階段：

興趣擴散（匯聚節(jié)點向全網(wǎng)廣播一條被稱為興趣的數(shù)據(jù)包，告知自己需要的數(shù)據(jù)）

??????????????????????????? 梯度建立：興趣的數(shù)據(jù)包被中間節(jié)點逐步轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)節(jié)點，逐步轉(zhuǎn)發(fā)建立多條從興趣的源節(jié)點到匯聚節(jié)點

??????????????????????????? 路徑加強：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)節(jié)點采集到興趣數(shù)據(jù)包中所要求的節(jié)點之后，采取的也是廣播的方式來向匯聚節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，通過多跳方式最終傳送到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點就會從多條路徑接收到源節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)，之后，Sink節(jié)點根據(jù)最小代價原則從這些路徑中選擇一條最優(yōu)的路徑來繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，其余路徑將被放棄。

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????????????? DD協(xié)議優(yōu)點：

???????????????????? 數(shù)據(jù)中心路由，定義不同任務(wù)類型/目標(biāo)區(qū)域消息

???????????????????? 路徑加強機制可顯著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?#xff1b;

???????????????????? 周期性路由：能量的均衡消耗

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????????????? DD協(xié)議的缺點：

???????????????????? 周期性的泛洪機制——能量和時間開銷都比較大；

???????????????????? 節(jié)點需要維護(hù)一個興趣消息列表，代價較大；

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②、集群路由協(xié)議

集群結(jié)構(gòu)路由協(xié)議是一種分層的路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)被劃分成多個簇，每個簇都有一個簇頭和許多個簇成員組成。每個簇成員如需跟其余簇的成員通信首先與簇頭通信，通過簇頭來與其余簇進(jìn)行通信；簇頭節(jié)點的職責(zé)就是管理好本簇內(nèi)節(jié)點，完成本簇分布范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的搜集，并負(fù)責(zé)簇間的通信；在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比較大的情況下，簇頭又可以再次分簇，從而形成一個多層網(wǎng)絡(luò)；分層路由擴展性非常好，對于大規(guī)模的無線傳感器應(yīng)用具有很高的使用價值；

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?????? LEACH協(xié)議：

????????????? 每個節(jié)點直接與SINK節(jié)點通信：

???????????????????? 節(jié)點能量消耗過大；節(jié)點密度較大時沖突過大，效率低

????????????? LEACH算法：

???????????????????? 簇頭節(jié)點作為一定區(qū)域所有節(jié)點的代理，負(fù)責(zé)和Sink的通信；

非簇頭節(jié)點可以使用小功率和簇頭節(jié)點通信；

簇頭節(jié)點可以對所轄區(qū)域節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，減少網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；

簇頭選舉算法的設(shè)計，要求保證公平性

????????????? LEACH是第一個提出數(shù)據(jù)聚合的層次型路由協(xié)議，采用隨機選擇簇首的方式來避免簇首過度消耗能量；通過數(shù)據(jù)聚合有效地減少網(wǎng)絡(luò)的通信量。LEACH協(xié)議的工作過程是一輪一輪地進(jìn)行的，每一輪分為建立階段和傳輸階段。最重要的簇頭選擇。

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????????????? 建立階段

???????????????????? 節(jié)點運行算法，確定本次自己是否成為簇頭；

簇頭節(jié)點廣播自己成為簇頭的事實；

其他非簇頭節(jié)點按照信號強弱選擇應(yīng)該加入的簇頭，并通知該簇頭節(jié)點；

簇頭節(jié)點按照TDMA的調(diào)度，給依附于他的節(jié)點分配時間片；

????????????? 數(shù)據(jù)傳輸階段

非簇首節(jié)點負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)，就用最小的能耗發(fā)送給它的簇首節(jié)點。

非簇首節(jié)點節(jié)點在分配給他的時間片上發(fā)送數(shù)據(jù)，在不屬于自己時隙的期間可以進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省能耗，

而簇首節(jié)點則必須始終處于接收狀態(tài)。

所有非簇首節(jié)點的TDMA時隙都輪過后，簇首節(jié)點對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合壓縮，然后直接發(fā)送給Sink節(jié)點。

?????????????

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????????????? LEACH協(xié)議優(yōu)點：

???????????????????? 優(yōu)化了傳輸數(shù)所需的能量

???????????????????? 優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量

????????????? LEACH協(xié)議的缺點：

???????????????????? 節(jié)點硬件需要支持射頻功率自適應(yīng)調(diào)整

???????????????????? 隨機選擇簇頭，無法保證簇頭節(jié)點能遍及整個網(wǎng)絡(luò)

????????????? LEACH協(xié)議的改進(jìn)LEACH-C：

???????????????????? 簇頭由SINK節(jié)點指定

????????????? ?????? 通過模擬退火算法選擇簇頭

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?????? TEEN協(xié)議：

????????????? 基本思想：

???????????????????? TEEN協(xié)議將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，分為主動型和響應(yīng)型。

主動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)監(jiān)測周圍的物質(zhì)現(xiàn)象，并以恒定速率發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)

響應(yīng)型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)只是在被觀測變量發(fā)生突變時才傳送數(shù)據(jù)。響應(yīng)型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更適合對時間敏感的應(yīng)用

TEEN和LEACH的實現(xiàn)機制非常相似，前者為響應(yīng)型，后者屬于主動型，TEEN采用LEACH-c的集中式簇頭建立方法

在TEEN協(xié)議中定義了兩個門限的概念。

硬門限：當(dāng)傳感器節(jié)點收集到的數(shù)據(jù)高于這個門限值時，節(jié)點開始向簇首節(jié)點匯報數(shù)據(jù)；

軟門限，當(dāng)節(jié)點感應(yīng)到的數(shù)據(jù)的變化值大于這個門限值時，節(jié)點開始向簇首匯節(jié)點報數(shù)據(jù)。

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根據(jù)閾值參數(shù)上報數(shù)據(jù)，提高重要數(shù)據(jù)的實時性?? 實時上報和周期性上報相結(jié)合

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?????? TEEN和APTEEN的優(yōu)缺點：

????????????? TEEN相比LEACH更適用于實時應(yīng)用系統(tǒng)，對突發(fā)事件可以快速反應(yīng)，但不適用于應(yīng)用在周期性采集的應(yīng)用系統(tǒng)中；

????????????? APTEEN結(jié)合響應(yīng)型和主動型兩種算法混合協(xié)議，通過計時器周期性發(fā)送數(shù)據(jù)，可以根據(jù)用戶需要和應(yīng)用類型改變周期和相關(guān)閾值，也能周期性采集數(shù)據(jù)，又能對突發(fā)事件做出響應(yīng)。

????????????? 他們兩個的主要缺點體現(xiàn)在構(gòu)建多層簇以及設(shè)置門限值在實現(xiàn)上比較復(fù)雜，基于屬性命名的查詢機制也會帶來額外的開銷。

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③、基于地理位置信息的路由協(xié)議

?????? 地理位置信息路由協(xié)議要求每個節(jié)點知道自己在網(wǎng)絡(luò)中的位置，下列方法可確定節(jié)點位置

GPS(Global Positioning System)

超聲波三角定位系統(tǒng)

標(biāo)定

基于地理位置的路由協(xié)議一般分為兩類：

一類是使用地理位置協(xié)助改進(jìn)其余路由算法，以用來約束網(wǎng)絡(luò)中路由搜索的區(qū)域，減少網(wǎng)絡(luò)不必要的開銷，主要代表協(xié)議有LAR和GAF等

另外一類是基于地理位置的路由協(xié)議，這一類協(xié)議直接利用地理位置來實現(xiàn)自己的路由策略，代表協(xié)議有GPSR和GEAR等

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?????? GAF協(xié)議的基本思想——與路由相結(jié)合的節(jié)能策略：

????????????? 節(jié)點在空閑、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)時消耗的能量之比為1∶1.2∶1.7

????????????? GAF算法考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的冗余性特點，在地理位置信息的幫助下在保證網(wǎng)絡(luò)正常流通的情況下，適當(dāng)關(guān)閉一些節(jié)點來降低能量消耗，提高節(jié)點的生存時間，從而延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期

?????? 在GAF路由算法主要機制包括：確定等價節(jié)點、輪換協(xié)商的算法和節(jié)點移動自適應(yīng)算法。

a）確定等價節(jié)點：GAF路由算法中，協(xié)議將整個區(qū)域分成若干個虛擬網(wǎng)格，虛擬網(wǎng)格中的任意一個節(jié)點都可以與相鄰網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點進(jìn)行通信，因此對于每個網(wǎng)格中的節(jié)點來說都可以實現(xiàn)路由的連通，可以說是等價節(jié)點。

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?????? b）分布式輪轉(zhuǎn)協(xié)商算法

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有三種狀態(tài)：休眠狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)狀態(tài)和激活狀態(tài)，各個狀態(tài)之間的切換主要由定時器觸發(fā)；

節(jié)點休眠醒來后處于發(fā)現(xiàn)狀態(tài)，通過發(fā)送發(fā)現(xiàn)報文讓其他地理上相鄰的等價節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)；發(fā)送了發(fā)送報文的節(jié)點轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)

只有處于激活狀態(tài)的節(jié)點才參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)預(yù)期生存時間選擇激活狀態(tài)的節(jié)點做為路由節(jié)點

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?????? c）節(jié)點移動的自適應(yīng)算法

處于激活狀態(tài)的節(jié)點可能移動出其所在的網(wǎng)格，導(dǎo)致先前所在的網(wǎng)格可能沒有一個激活節(jié)點，降低路由可靠性

GAF通過預(yù)測并報告節(jié)點運動規(guī)律來解決移動節(jié)點造成的路由斷裂問題

GAF的每個移動節(jié)點根據(jù)移動速度、節(jié)點位置和網(wǎng)格大小預(yù)測它離開所在網(wǎng)格的時間，并且將此信息放入發(fā)現(xiàn)信息中

其他等效節(jié)點的休眠時間由節(jié)點自身的缺省休眠時間和路由節(jié)點離開時間的最小值確定，確保在路由節(jié)點移出網(wǎng)格前有其他節(jié)點醒來，減少節(jié)點移動性帶來的副作用

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GPSR協(xié)議的基本思想：

?????? GPSR協(xié)議直接使用地理信息實現(xiàn)路由，使用貪婪算法建立路由，當(dāng)節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，選擇一個距離目標(biāo)節(jié)點最近的節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的下一跳節(jié)點。該過程一直重復(fù)直到數(shù)據(jù)達(dá)到目標(biāo)節(jié)點

為避免局部優(yōu)化問題，GPSR協(xié)議采用邊界轉(zhuǎn)發(fā)策略作為貪婪轉(zhuǎn)發(fā)的補充

優(yōu)點

采用局部最優(yōu)的貪婪算法，不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?#xff0c;路由開銷小；

可適用于靜態(tài)和移動的WSN網(wǎng)絡(luò)；

缺點

需要地理位置信息的支持；

需要維護(hù)鄰居節(jié)點位置信息；

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GEAR路由協(xié)議基本思想

?????? GEAR路由協(xié)議根據(jù)事件所在區(qū)域的地理信息，實現(xiàn)從Sink節(jié)點到事件所在地區(qū)節(jié)點的路徑，這樣就能實現(xiàn)Sink節(jié)點向某個特定區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，避免了泛洪似的全網(wǎng)廣播數(shù)據(jù)，同時借鑒了SPIN中查詢節(jié)點剩余能量值的方法，建立從Sink節(jié)點到目標(biāo)區(qū)域的最優(yōu)路徑。

?????? 前提

已知目標(biāo)區(qū)域的位置信息

節(jié)點知道自己位置信息和剩余能量

節(jié)點間無線鏈路是對稱的

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??????

GEAR路由協(xié)議的關(guān)鍵技術(shù)

兩個關(guān)鍵性技術(shù)問題

向目標(biāo)區(qū)域傳送查詢消息

查詢消息在事件區(qū)域內(nèi)的傳播

選路依據(jù)

節(jié)點到查詢區(qū)域通信能量能耗

節(jié)點本身的剩余能量

最小代價節(jié)點為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點

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?????? 路由空洞問題

鄰居節(jié)點傳輸代價都比本地節(jié)點大；

選擇鄰居節(jié)點中代價最小的作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；

修改本地節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)代價；

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?????? 迭代地理轉(zhuǎn)發(fā)：將目標(biāo)區(qū)域分解為若干子區(qū)域、 向子區(qū)域的中心位置轉(zhuǎn)發(fā)）

????????????? ?

?????? 優(yōu)點

利用了位置信息，避免了查詢消息的Flooding；

考慮了消耗的能量和節(jié)點剩余能量，均衡消息；

路徑選擇可達(dá)到局部最優(yōu)；

迭代地理轉(zhuǎn)發(fā)對洪泛機制的補充；

缺點

可能出現(xiàn)路由空洞（局部信息）- 兩跳信息；

不適合在移動WSN使用

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四、移動SINK的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

?????? 基本思想

通過移動Sink點克服網(wǎng)絡(luò)中能耗和負(fù)載不平衡的現(xiàn)象

通常需要知道節(jié)點的地理位置，需要節(jié)點有定位功能作為輔助

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第五章 傳輸層

考點：

?????? 特點、能否把TCP/IP適用于WSN？（掌握）

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概述：

?????? 傳輸層是是最靠近用戶數(shù)據(jù)的一層，主要負(fù)責(zé)在源和目標(biāo)之間提供可靠的、性價比合理的數(shù)據(jù)傳輸功能。為了實現(xiàn)傳輸層對上層透明，可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，傳輸層主要研究端到端的流量控制和擁塞的避免，保證數(shù)據(jù)能夠有效無差錯地傳輸?shù)侥康墓?jié)點。

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***由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點，TCP協(xié)議不能直接用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，原因如下：

TCP協(xié)議提供的是端到端的可靠信息傳輸，而WSN中存在大量的冗余信息，要求節(jié)點能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)包進(jìn)行簡單的處理。

TCP協(xié)議采用的三次握手機制，而且WSN中節(jié)點的動態(tài)性強，TCP沒有相對應(yīng)的處理機制。

TCP協(xié)議的可靠性要求很高，而WSN中只要求目的節(jié)點接收到源節(jié)點發(fā)送的事件，可以有一定的數(shù)據(jù)包丟失或者刪除。

TCP協(xié)議中采用的ACK反饋機制，這個過程中需要經(jīng)歷所有的中間節(jié)點，時延非常高且能量消耗也特別大；而WSN中對時延的要求比較高，能量也非常有限。

對于擁塞控制的WSN協(xié)議來說，有時非擁塞丟包是比較正常的，但是在TCP協(xié)議中，非擁塞的丟包會引起源端進(jìn)入擁塞控制階段，從而降低網(wǎng)絡(luò)的性能。

最后一點也最重要，在TCP協(xié)議中，每個節(jié)點都被要求有一個獨一無二的IP地址，而在大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基本上不可能實現(xiàn)的，也是沒有必要的。

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ESRT：自適應(yīng)調(diào)整協(xié)議，包括系統(tǒng)可靠性的檢測以及是否擁塞和根據(jù)可靠性作出相應(yīng)的調(diào)整；

?????? 局限：SINK節(jié)點通信范圍必須覆蓋全網(wǎng)，硬件要求高，沒有考慮節(jié)點優(yōu)先級，可能會擁塞，不適用于大型網(wǎng)絡(luò)

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PSFQ：逐跳可靠性保證協(xié)議，或快取慢充協(xié)議。快取即節(jié)點向它的鄰居節(jié)點快速索取數(shù)據(jù)，慢充即等到所有的數(shù)據(jù)接收完整后再發(fā)送給它的下一跳節(jié)點。

緩存機制：中間節(jié)點緩存接收到的數(shù)據(jù)；

NACK確認(rèn)機制：接收到數(shù)據(jù)包后，檢查包序列號連不連續(xù)，找出丟失的包序號，廣播NACK報文，獲取丟包。

逐跳錯誤恢復(fù)機制：節(jié)點接收到所有的數(shù)據(jù)報文后才想嚇一跳發(fā)數(shù)據(jù)。

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PECR：是一種能夠自適應(yīng)調(diào)整的擁塞控制機制

①節(jié)點根據(jù)最小跳數(shù)協(xié)議初始化自己的路由表信息，確定每個節(jié)點的下一跳節(jié)點。

②節(jié)點周期性地檢測緩存占用率并將其作為擁塞信息寫入反饋數(shù)據(jù)包中，并向其鄰居節(jié)點發(fā)送此報文。

③源節(jié)點收到下游節(jié)點反饋的擁塞信息后，立即將此擁塞信息寫入本地緩存的鄰居節(jié)點擁塞表內(nèi)。

④進(jìn)入分流過程，節(jié)點將檢測自己選擇的下一跳節(jié)點是否滿足擁塞度和剩余能量值的要求。

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CODE：基于逐跳的擁塞控制協(xié)議，采用信道監(jiān)聽和緩存隊列檢測相結(jié)合的方式檢測擁塞，開環(huán)控制機制，閉環(huán)調(diào)節(jié)反應(yīng)機制。

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RCTP：針對可靠性傳輸協(xié)議CTP（匯聚樹協(xié)議）進(jìn)行的改進(jìn)，跨層分簇，包括擁塞檢測和擁塞后的實施調(diào)度；緩存檢測：實時隊列和非實時隊列任意一個隊列緩存過半時，認(rèn)為擁塞，發(fā)生擁塞后調(diào)用相應(yīng)的實時調(diào)度方法緩解擁塞。

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第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)

考點：

?????? 關(guān)系、概念（掌握）

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①、IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)（LR WPAN 低速無線個人局域網(wǎng)）

?????? 能量消耗少，結(jié)構(gòu)簡單且容易實現(xiàn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它主要致力于解決無線連接在能量值和網(wǎng)絡(luò)吞吐量低的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

在不同的載波頻率下實現(xiàn)20 kbps、40 kbps、100 kbps以及250 kbps四種不同的傳輸速率；

支持星狀和點對點兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

在網(wǎng)絡(luò)中使用兩種地址格式，16位和64位地址，16位地址由協(xié)調(diào)器分配，64位地址被用于全球唯一的擴展地址；

采用可選的時槽?保障（GTS）機制；

采用沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)（CSMA/CA）；

支持ACK反饋機制，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

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根據(jù)設(shè)備所具有的通信能力和硬件條件分為全功能設(shè)備和精簡功能設(shè)備。

該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景分為：

?????? 星狀網(wǎng)絡(luò)：整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸都要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器控制，其余各個終端設(shè)備只能與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)交換。

?????? 點對點網(wǎng)絡(luò)：只要通信設(shè)備在對方無限輻射范圍內(nèi)就可以通信。

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該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議存在于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，物理層是由射頻收發(fā)器和底層控制模塊組成，鏈路層為高層訪問提供了訪問物理信道的服務(wù)接口。

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②、ZIGBEE：

?????? 擴展了IEEE802.15.4 的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層

ZigBee協(xié)議中定義了三種設(shè)備：ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和ZigBee終端設(shè)備：

ZigBee協(xié)調(diào)器，它負(fù)責(zé)建立并啟動一個網(wǎng)絡(luò)，包括選擇合適的射頻信道、唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符等一系列操作。

ZigBee路由器作為遠(yuǎn)程設(shè)備之間的中繼器來進(jìn)行通信，能夠拓展網(wǎng)絡(luò)的范圍，負(fù)責(zé)搜尋網(wǎng)絡(luò)，并在任意兩個設(shè)備之間建立端到端的傳輸。

ZigBee終端設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集。

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ZigBee的應(yīng)用層由三個部分組成：應(yīng)用支持子層、應(yīng)用層框架和ZigBee應(yīng)用對象（ZDO）。

應(yīng)用支持子層為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層通過ZigBee設(shè)備對象與制造商定義的應(yīng)用對象使用的一組服務(wù)提供了接口，該接口提供了ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象使用的一組服務(wù)，通過數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)兩個實體提供這些服務(wù)。

應(yīng)用框架可為駐扎在ZigBee設(shè)備中的應(yīng)用對象提供活動的環(huán)境。

設(shè)備對象描述了一個基本的功能函數(shù)，這個功能在應(yīng)用對象、設(shè)備（Profile）和APS之間的提供了一個接口。 ZDO位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間，可滿足所有在ZigBee協(xié)議棧中應(yīng)用操作的一般需要

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③、藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4 GHz ISM頻段，其數(shù)據(jù)速率為1 Mbps，采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。

藍(lán)牙優(yōu)勢：

頻段免費、設(shè)備范圍廣、易于使用、抗干擾能力強、可以同時傳輸語音和數(shù)據(jù)

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第七章 時間同步技術(shù)考點

考點：

要解決的問題（了解）

?????? 區(qū)分傳統(tǒng)時間同步（了解）

?????? RBS、TPSN（掌握）

?????? 區(qū)分新型時間同步技術(shù)（了解）

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三種深度的同步：

時序確定、判斷事件發(fā)生的先后順序；

相對同步，每一個節(jié)點維護(hù)本地時鐘

絕對同步，所有節(jié)點同步

?????? 外同步：參考時間來自外部

?????? 內(nèi)同步：參考時間來自內(nèi)部某個節(jié)點

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議必須要解決三個方面的問題：

同步的誤差要盡可能地小，這樣才能保證整個網(wǎng)絡(luò)間節(jié)點應(yīng)用的正常進(jìn)行

因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電池不可替換，因此協(xié)議要盡可能地簡單，功耗要低，以盡可能地延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期

具有可擴展性，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，時間同步協(xié)議要同樣有效

穩(wěn)定性

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時間同步的兩個重要的時間參數(shù)：

時鐘偏移：在真實時刻t時定義時鐘偏移為c(t)?t，即本地時間與真實時間的差值。

時鐘漂移：在真實時刻t時定義時鐘漂移為ρ(t)=r(t)?1，即本地時間變化速率與1的差值。

在節(jié)點的兩種時間計數(shù)方式：

硬件計數(shù)模式：即利用晶振來實現(xiàn)時間的計數(shù)

軟件時鐘模式：采用虛擬的軟件時鐘來實現(xiàn)時鐘的計數(shù)

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NTP:分層，每一層向上一層服務(wù)器同步時間

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DMTS:

接收者時間最后改為：t0+nΔt+t2?t1

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能耗小，但是沒有考慮傳播延遲、編/解碼的影響，對時鐘漂移也沒有考慮，同步的精度不是很高，還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

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RBS：假設(shè)有N個節(jié)點組成的單跳網(wǎng)絡(luò)，1個發(fā)送節(jié)點，N?1個接收節(jié)點，發(fā)送節(jié)點周期性地向接收節(jié)點發(fā)送參考報文，廣播域內(nèi)的接收節(jié)點都將收到該參考報文，并各自記錄收到該報文的時刻。接收者們通過交換本地時間戳信息，這樣這一組節(jié)點就可以計算出它們之間的時鐘偏差。

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TPSN：

????????????? 兩個階段：

????????????? 層次發(fā)現(xiàn)階段：

級別發(fā)現(xiàn)分組包含發(fā)送節(jié)點的ID和級別。根節(jié)點是0級節(jié)點，在根節(jié)點廣播域內(nèi)的節(jié)點收到根節(jié)點發(fā)送的分組后，將自己的級別設(shè)置為分組中的級別加1，即為第1級，然后將自己的級別和ID作為新的發(fā)現(xiàn)分組廣播出去。

當(dāng)一個節(jié)點收到第i級節(jié)點的廣播分組后，記錄發(fā)送這個廣播分組的節(jié)點的ID，設(shè)置自己的級別為i+1。這個過程持續(xù)下去，直到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個節(jié)點都具有一個級別為止。如果節(jié)點已經(jīng)建立自己的級別，就忽略其他的級別發(fā)現(xiàn)分組。

?????? 時間同步階段：

建立層次之后，相鄰層次之間的節(jié)點通過雙向報文機制來進(jìn)行時間同步，假設(shè)節(jié)點A是第i層的節(jié)點，節(jié)點B是第i－1層的節(jié)點，根據(jù)TPSN報文交換協(xié)議，我們規(guī)定T1和T4為節(jié)點A的時間，T2和T3為節(jié)點B的時間，節(jié)點A在T1向節(jié)點B發(fā)送一個同步報文，節(jié)點B在收到該報文后，記錄下接收到該報文的時刻T2，并立刻向節(jié)點A發(fā)回一個應(yīng)答報文，將時刻T2和該報文的發(fā)送時刻T3嵌入到應(yīng)答報文中。當(dāng)節(jié)點A收到該應(yīng)答報文后，記錄下此時刻T4。我們假設(shè)當(dāng)節(jié)點A在T1時刻，A和B的時間偏移為Δ，因為T1到T4兩個報文發(fā)送的時間非常短，我們可以認(rèn)為Δ沒有變化，假設(shè)報文的傳輸延遲都是相同且對稱的，均為d，那么有

???????????????????? T2=T1+Δ+d?? T4=T3?Δ+d，

這兩個方程聯(lián)立可解得：

?????? Δ=[(T2－T1)－(T4－T3)]/2，? d=[(T2－T1)+(T4－T3)]/2

在T4時刻，節(jié)點A在本地時間上面加上一個偏移量Δ，A和B就達(dá)到了同步。

從雙向同步協(xié)議的同步過程中可以看出，在TPSN協(xié)議中，當(dāng)雙向報文的傳輸完全對稱時其精確度最高，即同步誤差最小。另外TPSN的同步誤差與雙向報文的傳輸延遲有關(guān)，延遲越短，同步誤差越小。

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FTSP：

FTSP（泛洪時間同步協(xié)議）也采用單個廣播消息實現(xiàn)發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間的時間同步，采用同步時間數(shù)據(jù)的線性回歸方法估計時鐘漂移和偏差。綜合考慮了能量感知、可擴展性、魯棒性、穩(wěn)定性和收斂性等方面的要求。FTSP算法實現(xiàn)步驟如下：

（1）FTSP算法在完成SYNC字節(jié)發(fā)射后給時間同步消息標(biāo)記時間戳并將其發(fā)射出去。

（2）接收節(jié)點記錄SYNC字節(jié)最后到達(dá)時間，并計算位偏移。在收到完整的消息后，接收節(jié)點計算位偏移產(chǎn)生的時間延遲，這可通過偏移位數(shù)與接收速率得出。

（3）接收節(jié)點計算與發(fā)送節(jié)點問的時鐘偏移量，然后調(diào)整本地時鐘和發(fā)送節(jié)點時間同步。

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比較：

1．精度方面

RBS協(xié)議：因為無線信道的廣播特性，使得發(fā)送節(jié)點發(fā)出的消息相對所有節(jié)點而言是同時發(fā)送到物理信道上的，相當(dāng)于將消息傳遞過程中兩項最不確定的時延被去除了，所以能夠得到較高的同步精度。

TPSN協(xié)議：在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r延中，訪問時延的不確定性是最高的。為了提高兩個節(jié)點之間的時間同步精度，TPSN協(xié)議直接在MAC層記錄時間信標(biāo)，這樣可以有效地消除發(fā)送時延、訪問時延、接收處理時延所帶來的時間同步誤差。并利用雙向消息交換計算消息的平均延遲，提高了時間同步的精度。

FTSP協(xié)議：采用在MAC層記錄時間信標(biāo)，細(xì)分消息傳輸中的時間延遲對這些延遲進(jìn)行補償，利用線性回歸估計時間漂移等措施來降低時間同步誤差。

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2．收斂性方面

RBS協(xié)議：發(fā)送參考廣播的節(jié)點是預(yù)先選定的，其他節(jié)點接收到參考廣播消息后，就開始同步的過程。考慮到通信沖突，在幾個同步周期后，全網(wǎng)就可以達(dá)到時間同步，收斂時間也比較短。

TPSN協(xié)議：這種同步方法的消息傳遞機制分為兩個過程，包括分層階段和同步階段，因此其收斂時間較長。

FTSP協(xié)議：該協(xié)議的根節(jié)點選擇過程是伴隨時間同步一起進(jìn)行的，根節(jié)點的選擇不會對收斂性造成影響，在幾個同步周期后，全網(wǎng)就能達(dá)到時間同步，收斂時間也比較短。

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3．擴展性方面

RBS協(xié)議：在全網(wǎng)達(dá)到同步后，新節(jié)點的加入不會影響到參考廣播節(jié)點的地位，也就不會對全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)造成影響。但是，加入新的參考廣播節(jié)點會使得情況變得復(fù)雜，必須考慮處于不同廣播域內(nèi)的節(jié)點達(dá)到同步的問題。對于多跳網(wǎng)絡(luò)的RBS協(xié)議需要依賴有效的分簇方法，保證簇之間具有共同的節(jié)點，以便簇間進(jìn)行時間同步。

TPSN協(xié)議：從分層過程可以看出，新節(jié)點加入后會對網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)造成很大的影響，應(yīng)此，該協(xié)議的擴展性很差，這也是這個協(xié)議最大的缺點之一。

FTSP協(xié)議：如果加入的是ID號最小的節(jié)點，該節(jié)點首先使自己與網(wǎng)絡(luò)達(dá)到同步，然后再進(jìn)行根節(jié)點選擇，不會影響網(wǎng)絡(luò)時間同步。如果不是ID號最小的節(jié)點，該節(jié)點只需要進(jìn)行時間同步并廣播時間同步消息。

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4．魯棒性方面（健壯性）

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RBS協(xié)議：由RBS協(xié)議的同步原理可以看出，節(jié)點失效或網(wǎng)絡(luò)通信故障不會破壞整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個節(jié)點都有大量的冗余消息來保證時間同步。但是參考節(jié)點失效就會影響到該節(jié)點廣播域內(nèi)所有節(jié)點的同步。該協(xié)議具有較好的魯棒性。

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TPSN協(xié)議：當(dāng)某個節(jié)點失效，該節(jié)點以下的節(jié)點就有可能接收不到時間同步消息，這樣就會造成連鎖反應(yīng)，影響到該節(jié)點所有的后續(xù)節(jié)點的時間同步。全網(wǎng)的時間同步會受到個別節(jié)點的影響，魯棒性很差。

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FTSP協(xié)議：如果是根節(jié)點失效，那么其他節(jié)點就會開始根節(jié)點選擇的過程，重新選出一個根節(jié)點，這在段時期內(nèi)會破壞時間同步，但全網(wǎng)很快就能重新達(dá)到同步。如果是其他節(jié)點失效，由于大量冗余消息的存在，個別節(jié)點不會影響全網(wǎng)時間同步。FTSP協(xié)議也具有良好的魯棒性。

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5．能耗方面

可以利用網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在一次時間同步中平均接收和發(fā)送消息的次數(shù)來簡單的估計時間同步協(xié)議的能耗。

RBS協(xié)議：要實現(xiàn)兩個節(jié)點之間的時間同步，節(jié)點需要接收一次廣播消息，然后再交換一次時間同步消息，平均需要2次消息發(fā)送和3次消息接收。協(xié)議的能量消耗較大。

TPSN協(xié)議：由于這個方法采用的是類客戶/服務(wù)器模式，所以實現(xiàn)一次時間同步，節(jié)點平均需要2次消息發(fā)送和2次消息接收，協(xié)議的能量消耗相對較小。

FTSP協(xié)議：在該協(xié)議中，節(jié)點接收到時間同步消息后，使得節(jié)點本地時間與全局時間達(dá)到同步，然后形成新的時間同步消息并發(fā)送出去。每次同步，節(jié)點平均需要1次消息發(fā)送和1次消息接收，協(xié)議的能量消耗是最小的。

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兩個新的時間同步技術(shù)試圖解決傳統(tǒng)時間同步技術(shù)中的同步積累誤差和可擴展性問題：

協(xié)作同步技術(shù)

螢火蟲同步技術(shù)

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Peskin模型和M&S模型模擬了螢火蟲自同步（Self-Synchronization）方式，在理論上證明了振蕩器節(jié)點能夠達(dá)到同步，然而，由理論所引導(dǎo)而做出的一些假設(shè)，應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在實現(xiàn)上卻存在五點局限性：

當(dāng)一個節(jié)點激發(fā)時，它的鄰居節(jié)點不能即時地獲取這個時間

節(jié)點不能即時地對激發(fā)事件做出反應(yīng)

節(jié)點不能精確地并且即時地計算出f和f?1

所有的節(jié)點沒有相同的時間周期T

節(jié)點不能從它的鄰居節(jié)點觀察到所有的事件（具有信息損耗）

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與其他協(xié)議相比，螢火蟲同步算法具有獨特的優(yōu)點：

?同步可直接在物理層而不需要以報文的方式實現(xiàn)；

?由于對任何同步信號的處理方式均相同，與同步信號的來源無關(guān)，因此可擴展性以及適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的能力很強；

?機制簡單，不需要對其他節(jié)點的時間信息進(jìn)行存儲。

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第八章 WSN節(jié)點定位技術(shù)

考點：

定位技術(shù)原理和區(qū)分（了解）

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8、1 節(jié)點定位技術(shù)概述

?????? WSN節(jié)點定位：依靠網(wǎng)絡(luò)中少量位置已知的節(jié)點，通過鄰居節(jié)點間有限的通信和某種定位機制確定網(wǎng)絡(luò)中所有未知節(jié)點的位置。

?????? 節(jié)點定位在實際中包含：

????????????? 自定位：確定節(jié)點自身在系統(tǒng)中的位置

????????????? 目標(biāo)定位：確定目標(biāo)節(jié)點在系統(tǒng)中的位置

??????

????????????? 一些概念：

????????????? 信標(biāo)節(jié)點：已知自身位置信息的節(jié)點，可通過GPS定位設(shè)備或手工配置、確定部署等方式預(yù)先獲取位置信息，為其他節(jié)點提供參考坐標(biāo)。

未知節(jié)點：信標(biāo)節(jié)點以外的節(jié)點統(tǒng)稱為未知節(jié)點，也有文獻(xiàn)稱為盲節(jié)點。

鄰居節(jié)點：一個節(jié)點通信距離范圍內(nèi)的所有節(jié)點的集合。

跳數(shù)：兩個節(jié)點之間跳段的總數(shù)。

跳距：兩個節(jié)點之間各跳段的距離之和。

節(jié)點連接度：節(jié)點可以探測發(fā)現(xiàn)到的鄰居節(jié)點個數(shù)。

網(wǎng)絡(luò)連接度：所有節(jié)點的鄰居個數(shù)取平均值，可反映傳感器配置的密集程度

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節(jié)點定位要求：

????????????? 傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法通常需要具備以下特點：

自組織性：傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點隨機部署，不依賴于全局基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)助定位；

健壯性：傳感器節(jié)點的硬件配置低，能量有限，可靠性較差，定位算法必須能夠容忍節(jié)點失效和測距誤差；

節(jié)能性：盡可能地減少算法中計算的算法復(fù)雜度，減少節(jié)點間的通信開銷，以盡量延長網(wǎng)絡(luò)的生存周期；

分布式：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是大規(guī)模部署網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點數(shù)目多，定位任務(wù)將不會是單個節(jié)點所能承擔(dān)的，這就需要定位算法具有一定的分布式，把任務(wù)分派到各個節(jié)點；

可擴展性：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)目可能是成千上萬甚至更多，為了滿足對不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)的適用性，定位算法必須具有較強的可擴展性。

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8、2 節(jié)點定位技術(shù)研究狀況和發(fā)展

?????? 作為一種全新的技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有許多挑戰(zhàn)性的研究課題，而定位就是其中之一，定位也是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提

傳感器節(jié)點的微型化和有限的電池供電能力使其在節(jié)點硬件的選擇上受到很大的限制，低功耗是其最主要的設(shè)計目標(biāo)。必須針對密集性，節(jié)點的計算、存儲和通信等能力都有限的特定場合設(shè)計有效的低功耗定位算法

近十年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位問題研究有了許多新穎的解決方案和思想，但是每種系統(tǒng)和算法都是用來解決不同的問題或支持不同的應(yīng)用的，它們用于定位的物理現(xiàn)象、傳感器設(shè)備的組成、能量需求、基礎(chǔ)設(shè)施和時空的復(fù)雜性等許多方面有所不同。

對現(xiàn)有的WSN定位研究成果研究比較發(fā)現(xiàn)，沒有一種定位方案能在有效減少通信開銷、降低功耗、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時獲得較高的定位精度。而且大部分停留在仿真和實驗階段。因此，該領(lǐng)域還有待更多的人提出更好的方法，以求更好地解決定位問題，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠真正在實際生活中得到廣泛的應(yīng)用。

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8、3 節(jié)點定位技術(shù)關(guān)鍵問題

?????? 1．定位區(qū)域與精確度

定位區(qū)域與精確度是傳統(tǒng)定位方法和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位都具有的衡量指標(biāo)，而且定位區(qū)域和精度一般都是互補存在的，定位區(qū)域越大，意味著精度越小。

2．實時性

實時性是定位技術(shù)的另外一個關(guān)鍵指標(biāo)，實時性與位置信息的更新頻率密切相關(guān)，位置信息更新頻率越高，實時性越強

3．能耗

能耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獨有的一個衡量指標(biāo)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的電能靠電池來供應(yīng)，電池是不可替換的，因此節(jié)省能量就成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個重要的問題。

另外，還有一些小的方面來衡量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的好壞，如定位技術(shù)的擴展性、魯棒性和節(jié)點帶寬的占用等。

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8、4 基于測距的定位技術(shù)

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????????????? 已知幾個節(jié)點的位置，求另外節(jié)點的位置：

???????????????????? 三邊定位法；角度定位法；

????????????? 一般有三種算法可以測量兩個節(jié)點之間的距離：

???????????????????? 根據(jù)接收信號的強度來計算距離；RSSI

根據(jù)信號傳播時間或者時間差來計算距離；TOA

根據(jù)接收信號相位差定位。TDOA

????????????? ?

?????????????

????????????? 常用的角度定位方法有：已知兩個頂點和夾角的射線確定一點，以及已知三點和三個夾角確定一點。

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8、5 無需測距的定位技術(shù)

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?????? ①、基于連通性的定位

????????????? 連通性（Connectivity）是指兩個節(jié)點是否連通。基于連通性的定位可以根據(jù)一個節(jié)點能否成功解調(diào)其他節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)包作為依據(jù)。

?????? ②、基于跳數(shù)的定位

????????????? 跳數(shù)原理就是對信標(biāo)節(jié)點信息洪泛的過程進(jìn)行跳數(shù)統(tǒng)計，通過統(tǒng)計未知節(jié)點與信標(biāo)節(jié)點之間的跳數(shù)，然后根據(jù)信標(biāo)節(jié)點之間的距離和跳數(shù)估算出全網(wǎng)每一跳的平均距離，二者相乘，即可得到兩個節(jié)點之間的距離。

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質(zhì)心定位算法：

APTI定位算法

DV-Hop定位算法

?????? 凸優(yōu)化方法

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8、6 協(xié)作定位技術(shù)

鋼性理論概述：

?????? 剛性，即在不考慮物質(zhì)特性的理想條件下任何兩個連接點之間的歐氏距離不隨其運動狀態(tài)改變的特性。

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協(xié)作定義原理：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用模式匹配的方法自組的進(jìn)行節(jié)點間通信連接，根據(jù)與未知節(jié)點連通的導(dǎo)標(biāo)節(jié)點個數(shù)和形式，通過幾何約束條件判斷該未知節(jié)點是否可以與鄰居節(jié)點導(dǎo)標(biāo)構(gòu)建最簡單元定位協(xié)作體或準(zhǔn)定位協(xié)作體，然后在最簡單元定位協(xié)作體的基礎(chǔ)上，擴展成更多節(jié)點的定位協(xié)作體。

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第九章 容錯設(shè)計技術(shù)

考點：

?????? 概念（了解）

?????? 失效、故障、容錯、差錯（區(qū)分了解）

?????? 精度?上行、下行模式（了解）

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9、1 容錯技術(shù)概述

?????? 容錯就是指當(dāng)由于種種原因在系統(tǒng)中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)、文件損壞或丟失時，系統(tǒng)能夠自動將這些損壞或丟失的文件和數(shù)據(jù)恢復(fù)到發(fā)生事故以前的狀態(tài)，使系統(tǒng)能夠連續(xù)正常運行的一種技術(shù)。

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失效：失效就是某個設(shè)備停止工作，不能夠完成所要求的功能。

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故障：故障是指某個設(shè)備能夠工作，但是并不能按照系統(tǒng)的要求工作，得不到應(yīng)有的功能，它與失效的主要區(qū)別就是設(shè)備還在工作，但是不正常。

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差錯：差錯是指設(shè)備出現(xiàn)了的不正常的操作步驟或結(jié)果。

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故障->差錯->失效

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容錯技術(shù)分類：

?????? ①、故障避免：避免或預(yù)防故障的發(fā)生

?????? ②、故障檢測：用不同的策略來檢測網(wǎng)絡(luò)中的異常行為

?????? ③、故障隔離：對故障節(jié)點進(jìn)行隔離，以免影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)

?????? ④、故障修復(fù)：網(wǎng)絡(luò)故障后的一項補救措施

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9、2 容錯設(shè)計模型

WSN故障三個層級：（部件級、節(jié)點級、網(wǎng)絡(luò)級）

部件級故障是指此類故障節(jié)點能夠正常通信，但其測量值是錯誤的，會影響網(wǎng)絡(luò)分析處理數(shù)據(jù)的結(jié)果；

節(jié)點級故障是指故障節(jié)點不能與其他節(jié)點進(jìn)行正常的通信，會影響網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋性；

網(wǎng)絡(luò)級故障是指網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議或協(xié)作管理方面的問題或其他原因造成的較大規(guī)模的故障，導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。

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容錯設(shè)計模型標(biāo)準(zhǔn)：

（1）能效性：這里主要考慮傳感器節(jié)點在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、通信三方面的能耗。

（2）故障診斷精度：一般地，故障診斷精度是指一次故障診斷過程完成后，診斷狀態(tài)與實際狀態(tài)相同的節(jié)點占總節(jié)點數(shù)的百分比。有時候，故障診斷精度也被細(xì)分為故障識別率和誤報率兩個指標(biāo)。

（3）故障診斷執(zhí)行時間：在執(zhí)行故障診斷過程中節(jié)點之間要進(jìn)行協(xié)作判斷，也就是處于激活狀態(tài)的節(jié)點數(shù)目會比較大，如果故障診斷過程持續(xù)比較久會給網(wǎng)絡(luò)帶來較大的能耗負(fù)擔(dān)。

（4）惡劣環(huán)境中的故障診斷精度：在一些特殊的應(yīng)用中，由于環(huán)境、自然災(zāi)害或人為因素的影響，網(wǎng)絡(luò)中的故障節(jié)點分布不均勻，可能在局部區(qū)域出現(xiàn)故障節(jié)點聚集的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會影響故障診斷機制的性能表現(xiàn)，一個好的故障診斷機制應(yīng)該能有效地應(yīng)對這樣的情況。

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9、3 WSN可靠性分析

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?????? 物理層是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最底層，主要負(fù)責(zé)信息的發(fā)送、編/解碼功能，其主要可靠性都是來自于系統(tǒng)硬件.

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數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)對物理層發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行錯誤檢測，將物理層的數(shù)據(jù)錯誤率降低到閾值以下，采用反饋機制來保證它的可靠性

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網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是負(fù)責(zé)節(jié)點間路由的選擇及維護(hù)。可分為兩種模式：

任由節(jié)點泛洪式地選擇自己的路由，不加任何干涉，泛洪就是這種模式的典型協(xié)議，這種模式的好處就是基本上不涉及算法，節(jié)點接收到信息之后不用維護(hù)本地路由表，直接廣播數(shù)據(jù)包即可，因為多路徑傳輸數(shù)據(jù)包到匯聚節(jié)點，所以具有很高的容錯性，但由此帶來了大量冗余信息傳輸，容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，耗費大量能量，因此不適宜用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。

另外一種模式就是局部多路徑傳輸協(xié)議，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常時，網(wǎng)絡(luò)以一跳最優(yōu)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這樣能最大限度地節(jié)省能量，如最小跳數(shù)協(xié)議。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)某節(jié)點發(fā)生擁塞時，調(diào)控節(jié)點進(jìn)行多徑分流，以此來降低節(jié)點的通信負(fù)載，保證系統(tǒng)的可靠性

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傳輸層可靠性

???? 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，理想的傳輸層能支持可靠的信息傳遞和提供有效的擁塞控制，以此來延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。可靠性保證分為兩種，一種是事件的可靠性，另一種是數(shù)據(jù)包的可靠性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一般采用基于事件的可靠性，因此只需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃_(dá)到一個保證事件傳輸?shù)拈撝导纯伞?/p>

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸分為兩種形式：

上行模式，即從傳感器節(jié)點到匯聚節(jié)點，這是感應(yīng)源節(jié)點到匯聚節(jié)點而形成的一股數(shù)據(jù)流，目的是保證匯聚節(jié)點能夠監(jiān)測到感興趣區(qū)域的事件情況。

下行模式，即從匯聚節(jié)點到傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，在這種模式中傳輸?shù)牟辉偈枪?jié)點采集的信息，而是匯聚節(jié)點給予感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的控制或者查詢消息，它可能用于調(diào)整整個網(wǎng)絡(luò)的路由，避免網(wǎng)絡(luò)的擁塞；也可能用于反饋消息的正確接收或者查詢某個特定區(qū)域的信息，規(guī)定其優(yōu)先級等。

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9、4 WSN故障檢測和診斷

基于空間相關(guān)的故障檢測：

?????? 空間相關(guān)性：是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點的同類傳感器之間所測量的值通常有很相近的特性。

（1）需要地理位置信息。在地理位置信息已知的情況下，利用三個可信節(jié)點實現(xiàn)三角法檢測感應(yīng)器故障。

????????????? （2）無須地理位置信息。這類檢測通常是通過偵聽鄰居數(shù)據(jù)來判斷自己測量值是否正確的，判斷策略可分為多數(shù)投票策略、均值策略和中值策略。

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????????????? 多數(shù)投票策略是通過與鄰居節(jié)點測量值進(jìn)行比較，得到與自己的測量值相同或差距在允許范圍內(nèi)的鄰居測量值個數(shù)，如果個數(shù)超過鄰居數(shù)目的一半，則判定自己的測量值為正確的，否則就是錯誤的。

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均值策略首先計算鄰居測量值的平均值，然后比較這個均值和自己的測量值，如果它們差距在允許的范圍內(nèi)，則認(rèn)為自己的測量值為正確的。

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中值策略是利用鄰居測量值的中值與自己的測量值比較，在很大程度上避免了錯誤的鄰居節(jié)點測量值對測量精度的影響，在有很多鄰居節(jié)點測量值錯誤的情況下，節(jié)點仍然能正確地判斷出自己的測量值是否正確。

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基于貝葉斯信任網(wǎng)絡(luò)：

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9、5 WSN自恢復(fù)策略

容錯節(jié)點是一種可以替換失效活動節(jié)點的睡眠節(jié)點或冗余節(jié)點。活動節(jié)點失效會造成某些鄰居節(jié)點的連接斷開，在它失效時，其鄰居節(jié)點可以通過指定的容錯節(jié)點來通信。

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節(jié)點失效會造成某些區(qū)域不被覆蓋，這時需要采取措施來彌補覆蓋空洞。節(jié)點覆蓋區(qū)域定義為它的整個感知區(qū)域除去與其他節(jié)點重疊的部分。失效節(jié)點的覆蓋區(qū)域需要其他節(jié)點來彌補。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點具有移動能力，它把覆蓋修復(fù)過程分為四個階段

（1）初始化階段：節(jié)點計算自己的覆蓋區(qū)域、每個覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的移動區(qū)域。

（2）恐慌請求階段：垂死節(jié)點廣播求助消息。

（3）恐慌回應(yīng)階段：垂死節(jié)點的鄰居節(jié)點收到求助消息后計算如果自己移動到垂死節(jié)點的移動區(qū)域，是否會影響到自身的覆蓋區(qū)域，如果不影響則給求助節(jié)點返回消息。

（4）決策階段：垂死節(jié)點根據(jù)收到的回應(yīng)信息，決定讓哪個節(jié)點移動。

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第十章 服務(wù)質(zhì)量保證

考點：

?????? QoS含義、功能（了解）

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10、1 QOS概述

?????? 含義：

????????????? 從應(yīng)用的角度看，QoS代表用戶對于網(wǎng)絡(luò)所提供服務(wù)的滿意程度；

從網(wǎng)絡(luò)的角度看，QoS代表網(wǎng)絡(luò)向用戶所提供的業(yè)務(wù)參數(shù)指標(biāo)。

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?????? 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

（1）可用性：指綜合考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性與網(wǎng)絡(luò)生存性等網(wǎng)絡(luò)失效因素，當(dāng)用戶需要時即能開始工作的時間百分比。

（2）吞吐量：又稱為帶寬，是在一定時間段內(nèi)對網(wǎng)絡(luò)流量的度量。一般來說，吞吐量越大越好。

（3）時延：指一項服務(wù)從網(wǎng)絡(luò)入口到出口的平均經(jīng)過時間。許多實時應(yīng)用，如語音和視頻等服務(wù)對時延的要求很高。

（4）時延變化：指同一業(yè)務(wù)流中所呈現(xiàn)的時延不同。高頻率的時延變化稱為抖動，而低頻率的時延變化稱為漂移。

（5）丟包率：指網(wǎng)絡(luò)在傳輸過程中數(shù)據(jù)包丟失的比率。造成數(shù)據(jù)包丟失的主要原因有網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量較差、網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞等。

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10、2 發(fā)展現(xiàn)狀

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①、應(yīng)用層QoS保障技術(shù)

應(yīng)用層QoS需求是由應(yīng)用設(shè)計者和用戶提出的。QoS可定義為系統(tǒng)生命期、查詢響應(yīng)時間、事件檢測成功率、查詢結(jié)果數(shù)據(jù)的時間空間分辨率、數(shù)據(jù)可靠性和數(shù)據(jù)新穎度。

②、數(shù)據(jù)管理層QoS保障技術(shù)

分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量廉價的傳感器節(jié)點組成的一個自組織系統(tǒng)，為了獲得期望的服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)響應(yīng)時間和資源需求，傳感器節(jié)點必須互相協(xié)作，實現(xiàn)高效的信息采集和分發(fā)策略。

③、數(shù)據(jù)傳輸層QoS保障技術(shù)

PSFQ采取快吸慢取的方式，能夠為具有不同可靠性需求的應(yīng)用提供簡單、健壯和可擴展的傳輸協(xié)議。

ESRT[6]是一個新穎的數(shù)據(jù)傳輸方法，用最少的能量獲得可靠的事件檢測結(jié)果，包含一個阻塞控制部件，既保證可靠性又節(jié)省能量。

上述文獻(xiàn)主要研究的是數(shù)據(jù)傳輸層的QoS保障機制，QoS往往定義為數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，同時要考慮能源高效性。

④、網(wǎng)絡(luò)層QoS保障技術(shù)

?????? 在WSN的體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層是提供QoS支持的主要部分。作為在網(wǎng)絡(luò)層支持QoS的載體，QoS路由協(xié)議的好壞對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有著重要的影響。路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點。

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????????????? 路由協(xié)議挑戰(zhàn)：

???????????????????? 網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化、資源嚴(yán)重受損、對多種業(yè)務(wù)QOS支持、能量和QOS平衡、可擴展性

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⑤、連通覆蓋層的QoS保障技術(shù)

?????? 保證網(wǎng)絡(luò)的感知覆蓋度和連通度是傳感器網(wǎng)絡(luò)特殊的QoS需求，目前已有許多相關(guān)的研究工作。

⑥、MAC層的QoS保障技術(shù)

?????? 在WSN中，MAC協(xié)議決定無線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點之間分配有限的通信資源，對WSN的性能有較大的影響。目前，研究人員為無線網(wǎng)絡(luò)提出一些基于沖突和載波監(jiān)聽的MAC協(xié)議，目標(biāo)是最大化系統(tǒng)吞吐量，并未提供實時性保證。

⑦、交叉層支持QoS的中間件

??????? 。基于服務(wù)的中間件用于接收用戶的QoS需求，以高效的可擴展的方式保障應(yīng)用的實時性要求，利用節(jié)點的冗余保證容錯，并且支持多Sink節(jié)點的多種QoS需求。

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10、3 關(guān)鍵問題

資源嚴(yán)重受損、以數(shù)據(jù)為中心，非端到端的通信模式、數(shù)據(jù)高度冗余、流量非均勻分布、節(jié)點密集分布無線多跳傳輸、多用戶、多任務(wù)并發(fā)操作，多類別數(shù)據(jù)流量、可擴展性

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10、4 感知QOS保證

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知QoS，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點對監(jiān)測區(qū)域的感應(yīng)，監(jiān)控的效果。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可能應(yīng)用多種多樣，根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)的幾何性質(zhì)可將覆蓋控制問題分為點（目標(biāo)）覆蓋、區(qū)域覆蓋及線覆蓋三類

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●為區(qū)域中存在的監(jiān)控目標(biāo)，○為休眠節(jié)點，●為工作節(jié)點。

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感知模型

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感知原型：節(jié)點的傳感及通信范圍難以保證為某一固定半徑的圓，傳感與通信具有方向性，且隨著距離的增大，監(jiān)控準(zhǔn)確度和概率都相應(yīng)減小。

0-1感知模型：通過研究區(qū)域內(nèi)圓盤覆蓋來獲取WSN覆蓋控制策略，具有感知的階躍性。

概率感知模型：去除方向性的同時，保留了距離對感知精度的影響，隨著傳感器與監(jiān)控目標(biāo)間距離的增大，傳感器對目標(biāo)的感知概率也逐漸減小直至無法感知。

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雖然WSN覆蓋控制研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是仍有很多問題需要解決，集中體現(xiàn)在以下幾點：

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感知模型種類的完善。

三維空間的覆蓋控制。

提供移動性的支持。

符合WSN與Internet交互的相應(yīng)WSN覆蓋控制方案。

開發(fā)和設(shè)計更多結(jié)合WSN覆蓋控制的應(yīng)用。

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10、5 傳輸QOS保證

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中評價傳輸服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)如下。

傳輸成功率。

時延。

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傳感數(shù)據(jù)包能否實現(xiàn)端到端的可靠傳輸是網(wǎng)絡(luò)能否成功實施并應(yīng)用的一個重要條件。在網(wǎng)絡(luò)中，造成數(shù)據(jù)包丟失的原因主要有三個方面。

（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所使用的無線信道與有線鏈路相比有更大的不穩(wěn)定性以及更高的誤碼率，很容易受到周圍環(huán)境噪聲的影響造成數(shù)據(jù)包的丟失。另外在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點的分布密度非常高，不同節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時極易發(fā)生信道競爭沖突以及碰撞造成數(shù)據(jù)包丟失。

（2）當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞時，擁塞節(jié)點緩存溢出造成數(shù)據(jù)包丟失。

（3）接收節(jié)點因為數(shù)據(jù)包到達(dá)過快來不及處理造成數(shù)據(jù)包丟失。

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目前來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為了保證穩(wěn)定傳輸提出了幾種可靠性機制：

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反饋確認(rèn)機制。

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冗余數(shù)據(jù)保證機制。

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多路徑傳輸機制。

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FEC前向糾錯碼機制。

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第十一章 網(wǎng)絡(luò)管理

考點：

?????? 區(qū)分幾種管理系統(tǒng)（了解）

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11、1 網(wǎng)絡(luò)管理概述

?????? 網(wǎng)絡(luò)管理是指對網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)進(jìn)行檢測和控制，使其有效可靠安全經(jīng)濟(jì)的提供服務(wù)；

?????? 兩個任務(wù)：

????????????? 對網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；

????????????? 對網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)進(jìn)行控制

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?????? 簡單來說，網(wǎng)絡(luò)管理是對網(wǎng)絡(luò)中的資源進(jìn)行合理的分配和控制，或者當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運行出現(xiàn)異常時能及時響應(yīng)和排除異常等各種活動的總稱，以滿足業(yè)務(wù)提供方和網(wǎng)絡(luò)用戶的需要，使得網(wǎng)絡(luò)有效資源可以得到最有效的利用，使得整個網(wǎng)絡(luò)的運行更加高效，能夠連續(xù)、穩(wěn)定和可靠地提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

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運行：針對向用戶提供的服務(wù)進(jìn)行，面向網(wǎng)絡(luò)整體進(jìn)行管理，

控制：網(wǎng)絡(luò)的控制管理針對向用戶提供有效的服務(wù)和為滿足提供服務(wù)的質(zhì)量要求進(jìn)行的管理活動

維護(hù)：為了保障網(wǎng)絡(luò)及其設(shè)備的正常可靠連續(xù)運行而進(jìn)行的一系列管理活動，包括故障檢測、定位和恢復(fù)，對設(shè)備單元的測試

提供：針對電信資源的服務(wù)裝備進(jìn)行的一系列網(wǎng)絡(luò)管理活動，為實現(xiàn)某些服務(wù)提供某些資源和給用戶提供某些服務(wù)

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11、2 發(fā)展現(xiàn)狀

挑戰(zhàn)：

?????? 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理模型必須能適應(yīng)不同的應(yīng)用，并且在不同的應(yīng)用間進(jìn)行移植時修改的代價最小，即具有一定的通用性。

?????? 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大多按照無人看管的原則部署。

?????? 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源受限。

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11、3 關(guān)鍵問題

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網(wǎng)絡(luò)管理原則：

?????? 高效的通信機制

?????? 輕量型的結(jié)構(gòu)

?????? 智能自組織的機制

?????? 安全、穩(wěn)定的環(huán)境

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11、4 典型網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

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集中式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：

BOSS：

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?????? Tiny—DB：

????????????? 基于查詢的WSN數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它從節(jié)點收集相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)度各個節(jié)點對查詢進(jìn)行分布式處理，將查詢結(jié)果通過基站返回給用戶。

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層次式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：

?????? RRP：按照供應(yīng)鏈策略，RRP將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分為幾個功能區(qū)，針對功能區(qū)各自的特點采用不同的路由模式，各個功能區(qū)之間相互協(xié)作以達(dá)到最佳的網(wǎng)絡(luò)性能，并盡量降低能量消耗。RRP中游三個功能區(qū)：生產(chǎn)區(qū)、運輸區(qū)以及倉儲和服務(wù)區(qū)，各個區(qū)之間的節(jié)點的角色和任務(wù)各不相同。

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?????? SNMP：定義描述網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)模型和一些列的網(wǎng)絡(luò)管理功能；設(shè)計提取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)性能的一系列算法和工具

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分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：

?????? 基于移動AGENT的數(shù)據(jù)管理：基于移動Agent技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理模型，該模型采用數(shù)據(jù)本地存儲的方式，讓每個傳感器器節(jié)點把自身的特征數(shù)據(jù)和感知數(shù)據(jù)存儲在自身節(jié)點上，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_銷降低到最小；再使用移動數(shù)據(jù)查詢代理在合理的節(jié)點上采集數(shù)據(jù)，便可以有效地滿足查詢的需要。

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????????????? TinyCubus：一種自適應(yīng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層管理框架，TinyCubus包含三個部分：跨層結(jié)構(gòu)、配置引擎、數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)。

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?????? ?????? 跨層結(jié)構(gòu)為要進(jìn)行跨層交互（如優(yōu)化時需要其他模塊的信息，通過對高層組件的回調(diào)執(zhí)行特定應(yīng)用的代碼等）的模塊提供了一個通用的參數(shù)化接口。

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配置引擎基于傳感器節(jié)點的角色進(jìn)行代碼分發(fā)，并支持動態(tài)安裝程序代碼，其目的是支持系統(tǒng)和應(yīng)用組件的配置，包括拓?fù)涔芾砥骱痛a分發(fā)程序。

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數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)提供了一組標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理組件和系統(tǒng)組件，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)中的信息選擇最恰當(dāng)?shù)囊恍┙M件用于管理。數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)用一個立方體定義，包含三個維度：

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優(yōu)化參數(shù)，如能量、通信延遲和帶寬；

應(yīng)用需求，如可靠性；

系統(tǒng)參數(shù)，如節(jié)點移動性和網(wǎng)絡(luò)密度。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的无线传感器网络复习大纲的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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