第一章

考點(diǎn)：

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成部分，概念、特點(diǎn)（了解）

?????? 分布式特點(diǎn)（了解）

?????? 實(shí)時(shí)性、時(shí)效性（了解）

?????? 常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（了解）

?????? WSN幾個(gè)分層、分層的功能（了解）

?????? 自組織網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸特點(diǎn)（了解）

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1、1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹

無(wú)線傳感器概念：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，它是由許多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)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(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)的環(huán)境或觀察者感興趣的感知對(duì)象的各種信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后以無(wú)線的方式發(fā)送出去。

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無(wú)線傳感器組成：多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和少數(shù)幾個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)、外部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

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無(wú)線自組網(wǎng)：自組織：在節(jié)點(diǎn)位置確定之后，節(jié)點(diǎn)需要自己尋找其鄰居節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信，通過(guò)多跳傳輸?shù)姆绞酱罱ㄕ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定正常的運(yùn)行。

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WSN和無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad hoc）共有的特點(diǎn)：

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

?????? ②、分布式：網(wǎng)絡(luò)的感知能力由若干冗余節(jié)點(diǎn)共同完成，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相等的硬件資源和通信距離，沒(méi)有哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格地控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)消亡之后網(wǎng)絡(luò)能夠重組，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的加入或退出，都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，抗擊毀能力強(qiáng)。

?????? ③、節(jié)點(diǎn)平等：除了SINK節(jié)點(diǎn)以外，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的分布都是隨機(jī)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(gè)節(jié)點(diǎn)都是平等的，沒(méi)有先后優(yōu)先級(jí)之間的差別，每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)于自組織網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行通信，采用的無(wú)線信道，非相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信需要通過(guò)多跳路由的形式來(lái)進(jìn)行，因此數(shù)據(jù)的可靠性沒(méi)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高。

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WSN獨(dú)有的特征：（最基本的特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)的可感知、微型化、自組織能力）

①、計(jì)算能力不高：無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分布非常密集，大量節(jié)點(diǎn)決定了每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)，并且節(jié)點(diǎn)的隊(duì)列緩存存儲(chǔ)長(zhǎng)度也非常有限，不適用于特別復(fù)雜的計(jì)算和存儲(chǔ)，在傳感器網(wǎng)絡(luò)就要考慮節(jié)點(diǎn)的擁塞控制。

②、能量供應(yīng)不可替代：無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)電池不可替代，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)能夠最大限度地節(jié)省能量

③、節(jié)點(diǎn)變化性強(qiáng)：網(wǎng)絡(luò)的自組織和分布式等特點(diǎn)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(dòng)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)采用大量的具有相同硬件設(shè)施的節(jié)點(diǎn)來(lái)采集數(shù)據(jù)，有許多節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。

⑤、節(jié)點(diǎn)資源有限：如節(jié)點(diǎn)的電源能量、通信能力、計(jì)算存儲(chǔ)能力有限。而且難以維護(hù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的程序包括使用的存儲(chǔ)空間、算法時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)有較高的要求。

⑥、時(shí)效性：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的信息需要在一定時(shí)間內(nèi)及時(shí)送達(dá)觀察者或是數(shù)據(jù)處理中心，對(duì)可能發(fā)生的事故和危險(xiǎn)情況進(jìn)行及時(shí)預(yù)告和提醒。

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?????? 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)———節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

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無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最簡(jiǎn)單的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有節(jié)點(diǎn)為對(duì)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(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為上層和下層兩個(gè)部分：上層為中心骨干節(jié)點(diǎn)；下層為一般傳感器節(jié)點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)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(wú)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(diǎn)和節(jié)點(diǎn)最近的鄰居通信

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無(wú)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(hào)的調(diào)制解調(diào)等工作，提供簡(jiǎn)單但健壯的信號(hào)調(diào)制和無(wú)線收發(fā)技術(shù)。

?????? ②、數(shù)據(jù)鏈路層：差錯(cuò)控制：媒體訪問(wèn)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(diǎn)有效合理的分配資源。差錯(cuò)控制；保證源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息可以完整、無(wú)誤地到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

?????? ③、網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地重要因素。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)無(wú)法直接與網(wǎng)關(guān)通信，需要通過(guò)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(diǎn)間和節(jié)點(diǎn)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(cè)任務(wù)。這一層主要解決三個(gè)問(wèn)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(xún)和數(shù)據(jù)傳播管理協(xié)議。

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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各平臺(tái)管理功能：

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

移動(dòng)管理平臺(tái)：檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，維護(hù)到匯聚節(jié)點(diǎn)的路由，是的傳感器節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)跟蹤其鄰居的位置。

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

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第二章、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計(jì)

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考點(diǎn)：

物理層的功能、協(xié)議、介質(zhì)、特點(diǎn)（了解）

無(wú)線電波使用頻段限制以及原因（了解）

傳輸調(diào)制、特點(diǎn)（了解）

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2、1無(wú)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(diǎn)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(píng)估、能量檢測(cè)等。

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?????? 傳輸介質(zhì)：主要包括無(wú)線電波、紅外線和光波。

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?????? 物理層特點(diǎn)：物理層研究集中在傳輸介質(zhì)、頻率選擇、調(diào)制機(jī)制三個(gè)方面；在設(shè)計(jì)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(wèn)題

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2、2頻譜分配：

????????????? 頻率選擇：

????????????? 頻率的選擇影響無(wú)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(diǎn)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(shí)，載波頻率越高則消耗能量越多，因?yàn)檩d波頻率越高對(duì)頻率合成器的要求也就越高。射頻前端收發(fā)機(jī)中頻率合成器可以說(shuō)是其主要的工號(hào)模塊，波長(zhǎng)越短傳播損耗越大。

???????????????????? ②、從節(jié)點(diǎn)的物理層集成化程度、成本的角度來(lái)考慮，雖然當(dāng)前的CMOS工藝已經(jīng)成為主流，但是對(duì)大電感的集成化還是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)，由于無(wú)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(gè)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(wú)線通信系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題：頻譜效率、誤碼率、環(huán)境適應(yīng)性，以及難以實(shí)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(kuò)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(dòng)時(shí)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(dòng)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(shí)間，但是實(shí)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)計(jì)

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考點(diǎn)：

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(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議題、圖（掌握）

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?????? 3、1 無(wú)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(méi)有差錯(cuò)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(cè)、媒體介入和差錯(cuò)控制，保證無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)點(diǎn)到點(diǎn)以及多點(diǎn)到多點(diǎn)的連接。無(wú)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(cuò)控制。怎樣實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線信道的共享，即介質(zhì)控制協(xié)議（MAC）的實(shí)現(xiàn)是WSN中數(shù)據(jù)鏈路層研究的一個(gè)重點(diǎn)，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(wèn)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(dú)立存在的，而是互相影響的，在提高一種性能的同時(shí)可能會(huì)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(méi)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(wú)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(jì)，各層之間能夠通過(guò)共享一些信息來(lái)共同調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的性能。

????????????? ③、能效問(wèn)題：WSN節(jié)點(diǎn)中，能量消耗主要用于無(wú)線信號(hào)的收發(fā)；無(wú)線通信模塊一般有四個(gè)狀態(tài)：發(fā)送、接收、空閑、休眠，四個(gè)狀態(tài)能量消耗逐級(jí)遞減，協(xié)議必須合理選擇節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)和休眠的時(shí)間比例；還需考慮休眠期間節(jié)點(diǎn)的接收問(wèn)題和緩刑期間節(jié)點(diǎn)收發(fā)的最大利用率問(wèn)題，以最大限度地節(jié)省能量。

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

碰撞：無(wú)線信道上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，這將發(fā)射失敗，造成大量的能量浪費(fèi)。

持續(xù)監(jiān)聽(tīng)：在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的接受節(jié)點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)何時(shí)到達(dá)，另外每個(gè)節(jié)點(diǎn)還需要偵聽(tīng)各節(jié)點(diǎn)的擁塞狀況，因此節(jié)點(diǎn)必須始終保持監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，以防特殊情況的發(fā)生，這會(huì)浪費(fèi)很多能量。

控制開(kāi)銷(xiāo)：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(lái)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)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(huì)消耗一部分能量。

????????????? ④、公平性：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相同的權(quán)利來(lái)訪問(wèn)信道，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能量消耗保持大概的平衡，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。

????????????? ⑤、可擴(kuò)展性：WSN與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，具有規(guī)模大、分布密集等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布結(jié)構(gòu)會(huì)動(dòng)態(tài)性地變化，因此必須要有可擴(kuò)展性。

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

???????????????????? 兩個(gè)問(wèn)題：數(shù)據(jù)沖突（碰撞）；串?dāng)_（在共享信道中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能接收到數(shù)據(jù)，但不都是有用的，這會(huì)造成浪費(fèi)）

?????? 3、3 WSN MAC協(xié)議分類(lèi)：

????????????? 按節(jié)點(diǎn)接入方式分類(lèi)：

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

?????? 喚醒MAC協(xié)議：采用基于低功耗的喚醒接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也有集合偵聽(tīng)和喚醒兩種方式的MAC協(xié)議，如低功耗前導(dǎo)載波偵聽(tīng)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(diǎn)何時(shí)接入信道與何時(shí)控制接收節(jié)點(diǎn)開(kāi)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(jìng)爭(zhēng)MAC協(xié)議隨機(jī)接入

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?????? 3、4 WSN的MAC協(xié)議：競(jìng)爭(zhēng)型、分配型、混合型、跨層MAC協(xié)議

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?????? 基于競(jìng)爭(zhēng)MAC協(xié)議：根據(jù)WSN負(fù)載量小、針對(duì)節(jié)點(diǎn)間的公平性以及通信延時(shí)要求不高等特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)的，其主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)所需的可擴(kuò)展性。并同時(shí)降低能耗。

????????????? ①、S-MAC協(xié)議：

把時(shí)間分為多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙中又劃分為偵聽(tīng)、睡眠兩個(gè)狀態(tài)

????????????? 周期性偵聽(tīng)和睡眠

????????????? 沖突避免

????????????? 自適應(yīng)偵聽(tīng)

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

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????????????? ②、T-MAC協(xié)議：

????????????? 相對(duì)于S-MAC協(xié)議來(lái)說(shuō)，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(shí)間。

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T-MAC協(xié)議規(guī)定，當(dāng)鄰居節(jié)點(diǎn)還沒(méi)有結(jié)束通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)不能進(jìn)入到睡眠狀態(tài)，因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn)很有可能就是下一個(gè)數(shù)據(jù)的目的節(jié)點(diǎn)。假設(shè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到串?dāng)_以后能夠觸發(fā)一個(gè)空閑間隔TA，TA必須要足夠大，以保證節(jié)點(diǎn)能夠監(jiān)測(cè)到串?dāng)_的CTS

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未來(lái)請(qǐng)求發(fā)送：采用提前通知需要接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)早睡的避免：

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

在節(jié)點(diǎn)C發(fā)送FRTS時(shí)看哪個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)干擾節(jié)點(diǎn)A發(fā)送的數(shù)據(jù)，因此節(jié)點(diǎn)A需要延遲原數(shù)據(jù)的發(fā)送響應(yīng)的時(shí)間，但是又必須保持對(duì)信道的占用，因此節(jié)點(diǎn)A在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)送一個(gè)與FRTS一樣長(zhǎng)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(diǎn)C之后節(jié)點(diǎn)D還是處于喚醒狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

由于采用了未來(lái)請(qǐng)求發(fā)送機(jī)制，協(xié)議需要增加一個(gè)FRTS分組傳輸?shù)臅r(shí)間，該方法提高了系統(tǒng)吞吐量和實(shí)時(shí)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(mǎn)緩沖區(qū)優(yōu)先：當(dāng)節(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)快滿(mǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)對(duì)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(diǎn)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(yè)中的b所示，節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送RTS，而節(jié)點(diǎn)C因?yàn)榫彌_區(qū)滿(mǎn)不回復(fù)一個(gè)CTS分組，而是向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送RTS以求數(shù)據(jù)傳輸。

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③、Sift協(xié)議

對(duì)CSMA/CA機(jī)制進(jìn)行修改，競(jìng)爭(zhēng)窗口的大小是原本就設(shè)定好的，采用非均勻概率來(lái)決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

WSN基于空間的競(jìng)爭(zhēng)

基于事件的報(bào)告方式

感知事件的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)在上電后先進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)，每發(fā)現(xiàn)一個(gè)鄰居，這一對(duì)節(jié)點(diǎn)就形成一個(gè)雙向信道，即一個(gè)通信鏈路。在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的超幀中為該鏈路分配一對(duì)時(shí)隙用于雙向通信。隨著鄰居的增加，超幀慢慢地被填滿(mǎn)。每對(duì)時(shí)隙都會(huì)選擇一個(gè)隨機(jī)的頻點(diǎn)，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(shí)隙分配稱(chēng)為異步分配通信

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????????????? 移動(dòng)性管理-EAR算法

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

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（1）靜止節(jié)點(diǎn)會(huì)每間隔固定個(gè)超幀發(fā)送一次BI消息，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在接收到靜止節(jié)點(diǎn)的BI消息后將開(kāi)始連接過(guò)程。

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（2）靜止節(jié)點(diǎn)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(dòng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)接收到新的鄰近靜止節(jié)點(diǎn)發(fā)送的BI消息，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)信道質(zhì)量選擇淘汰鄰居節(jié)點(diǎn)記錄中連接質(zhì)量較差的鄰居節(jié)點(diǎn)。

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②、TRAMA：

TRAMA協(xié)議將一個(gè)物理信道分成多個(gè)時(shí)隙，通過(guò)對(duì)這些時(shí)隙的復(fù)用為數(shù)據(jù)和控制信息提供信道。每個(gè)時(shí)間幀分為隨機(jī)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(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，通過(guò)重用已經(jīng)分配但未使用的時(shí)隙來(lái)提高帶寬利用率。在分配接入周期任一給定的時(shí)隙t中，任一節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)是由該節(jié)點(diǎn)的兩跳鄰居信息和該節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居發(fā)布的分配信息來(lái)確定的，有發(fā)送、接收、睡眠三種中的一個(gè)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(jī)制作為基本方法，在競(jìng)爭(zhēng)加劇時(shí)使用TDMA機(jī)制來(lái)解決信道沖突問(wèn)題。

在網(wǎng)絡(luò)部署階段，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)以后ZMAC協(xié)議將順序執(zhí)行以下步驟：鄰居發(fā)現(xiàn)→時(shí)隙分配→本地時(shí)間幀交換→全局時(shí)間同步。在網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過(guò)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(diǎn)不會(huì)重復(fù)上述步驟，避免浪費(fèi)能量。

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跨層MAC：

MINA：

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

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在MINA架構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)分為三種類(lèi)型：

大量靜止的低容量（內(nèi)存、CPU、能量）傳感器節(jié)點(diǎn)；

少量手持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；

靜止的大容量基站節(jié)點(diǎn)。

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根據(jù)距離基站的跳數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居也可以分為三類(lèi)，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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層

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考點(diǎn)：

?????? 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(wú)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(shí)，決定端對(duì)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(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的通信。但是由于受節(jié)點(diǎn)能量和最大通信范圍的限制，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)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(wú)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(gè)方面：

?????? 路由的選擇：即尋找一條從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)：

????????????? 電池不可替換，高效、均衡利用能量

????????????? 協(xié)議應(yīng)精簡(jiǎn)，無(wú)復(fù)雜算法，無(wú)大容量冗余數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)，控制開(kāi)銷(xiāo)少

????????????? 網(wǎng)絡(luò)互連通過(guò)SINK節(jié)點(diǎn)來(lái)完成，其余節(jié)點(diǎn)不提供網(wǎng)外通信

????????????? 網(wǎng)絡(luò)無(wú)中心節(jié)點(diǎn)，多基于數(shù)據(jù)或位置的路由算法機(jī)制

????????????? 由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)或失效，一般采用多路徑備選

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?????? 挑戰(zhàn)：

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

??????

??????

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層分類(lèi)

?????? 根據(jù)節(jié)點(diǎn)在路由過(guò)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(shí)機(jī)與數(shù)據(jù)發(fā)送的關(guān)系，可分為主動(dòng)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(guò)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(diǎn)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(guò)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(lái)表示目的地、路由計(jì)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(diǎn)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(xún)相關(guān)，可分為查詢(xún)驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和非查詢(xún)驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議

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三、無(wú)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(lèi)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(diǎn)都是潛在的SINK節(jié)點(diǎn)，某一個(gè)要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)傳送給任何需要該數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)協(xié)商機(jī)制減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。節(jié)點(diǎn)只廣播其他節(jié)點(diǎn)沒(méi)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(qǐng)求包；DATA：數(shù)據(jù)包）

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

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

????????????? 該協(xié)議解決的關(guān)鍵問(wèn)題：Flooding協(xié)議（所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）、Gossiping協(xié)議（隨機(jī)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）的內(nèi)爆和重疊問(wèn)題。

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

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

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????????????? 該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：

通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)商解決內(nèi)爆和重疊問(wèn)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(shí)間

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

???????????????????? 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合

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

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????????????? 該協(xié)議的缺點(diǎn)：

???????????????????? 本質(zhì)上還是SPIN向全網(wǎng)擴(kuò)散新信息，開(kāi)銷(xiāo)較大

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

?????? ②、DD協(xié)議：

????????????? DD（定向擴(kuò)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(xún)的方法。通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)廣播自己需要的數(shù)據(jù)，同時(shí)在廣播的過(guò)程中形成了一條由節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑，節(jié)點(diǎn)采集到數(shù)據(jù)后會(huì)沿著這條路徑來(lái)傳送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)選擇一條最優(yōu)的路徑來(lái)接收數(shù)據(jù)。

????????????? DD協(xié)議基本思想：

???????????????????? 三個(gè)不同的階段：

興趣擴(kuò)散（匯聚節(jié)點(diǎn)向全網(wǎng)廣播一條被稱(chēng)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(diǎn)逐步轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)節(jié)點(diǎn)，逐步轉(zhuǎn)發(fā)建立多條從興趣的源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)

??????????????????????????? 路徑加強(qiáng)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)采集到興趣數(shù)據(jù)包中所要求的節(jié)點(diǎn)之后，采取的也是廣播的方式來(lái)向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)多跳方式最終傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)就會(huì)從多條路徑接收到源節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，之后，Sink節(jié)點(diǎn)根據(jù)最小代價(jià)原則從這些路徑中選擇一條最優(yōu)的路徑來(lái)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(diǎn)：

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

???????????????????? 路徑加強(qiáng)機(jī)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(diǎn)：

???????????????????? 周期性的泛洪機(jī)制——能量和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)都比較大；

???????????????????? 節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)一個(gè)興趣消息列表，代價(jià)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(gè)簇，每個(gè)簇都有一個(gè)簇頭和許多個(gè)簇成員組成。每個(gè)簇成員如需跟其余簇的成員通信首先與簇頭通信，通過(guò)簇頭來(lái)與其余簇進(jìn)行通信；簇頭節(jié)點(diǎn)的職責(zé)就是管理好本簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，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(gè)多層網(wǎng)絡(luò)；分層路由擴(kuò)展性非常好，對(duì)于大規(guī)模的無(wú)線傳感器應(yīng)用具有很高的使用價(jià)值；

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?????? LEACH協(xié)議：

????????????? 每個(gè)節(jié)點(diǎn)直接與SINK節(jié)點(diǎn)通信：

???????????????????? 節(jié)點(diǎn)能量消耗過(guò)大；節(jié)點(diǎn)密度較大時(shí)沖突過(guò)大，效率低

????????????? LEACH算法：

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

非簇頭節(jié)點(diǎn)可以使用小功率和簇頭節(jié)點(diǎn)通信；

簇頭節(jié)點(diǎn)可以對(duì)所轄區(qū)域節(jié)點(diǎn)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(jì)，要求保證公平性

????????????? LEACH是第一個(gè)提出數(shù)據(jù)聚合的層次型路由協(xié)議，采用隨機(jī)選擇簇首的方式來(lái)避免簇首過(guò)度消耗能量；通過(guò)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(guò)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(diǎn)運(yùn)行算法，確定本次自己是否成為簇頭；

簇頭節(jié)點(diǎn)廣播自己成為簇頭的事實(shí)；

其他非簇頭節(jié)點(diǎn)按照信號(hào)強(qiáng)弱選擇應(yīng)該加入的簇頭，并通知該簇頭節(jié)點(diǎn)；

簇頭節(jié)點(diǎn)按照TDMA的調(diào)度，給依附于他的節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間片；

????????????? 數(shù)據(jù)傳輸階段

非簇首節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。

非簇首節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)在分配給他的時(shí)間片上發(fā)送數(shù)據(jù)，在不屬于自己時(shí)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(diǎn)則必須始終處于接收狀態(tài)。

所有非簇首節(jié)點(diǎn)的TDMA時(shí)隙都輪過(guò)后，簇首節(jié)點(diǎn)對(duì)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(diǎn)。

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

?

????????????? LEACH協(xié)議優(yōu)點(diǎn)：

???????????????????? 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(diǎn)：

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

???????????????????? 隨機(jī)選擇簇頭，無(wú)法保證簇頭節(jié)點(diǎn)能遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)

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

???????????????????? 簇頭由SINK節(jié)點(diǎn)指定

????????????? ?????? 通過(guò)模擬退火算法選擇簇頭

?

?

?????? TEEN協(xié)議：

????????????? 基本思想：

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

主動(dòng)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)監(jiān)測(cè)周?chē)奈镔|(zhì)現(xiàn)象，并以恒定速率發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

響應(yīng)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)只是在被觀測(cè)變量發(fā)生突變時(shí)才傳送數(shù)據(jù)。響應(yīng)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)更適合對(duì)時(shí)間敏感的應(yīng)用

TEEN和LEACH的實(shí)現(xiàn)機(jī)制非常相似，前者為響應(yīng)型，后者屬于主動(dòng)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(gè)門(mén)限的概念。

硬門(mén)限：當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)高于這個(gè)門(mén)限值時(shí)，節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向簇首節(jié)點(diǎn)匯報(bào)數(shù)據(jù)；

軟門(mén)限，當(dāng)節(jié)點(diǎn)感應(yīng)到的數(shù)據(jù)的變化值大于這個(gè)門(mén)限值時(shí)，節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向簇首匯節(jié)點(diǎn)報(bào)數(shù)據(jù)。

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根據(jù)閾值參數(shù)上報(bào)數(shù)據(jù)，提高重要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性?? 實(shí)時(shí)上報(bào)和周期性上報(bào)相結(jié)合

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?????? TEEN和APTEEN的優(yōu)缺點(diǎn)：

????????????? TEEN相比LEACH更適用于實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)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(dòng)型兩種算法混合協(xié)議，通過(guò)計(jì)時(shí)器周期性發(fā)送數(shù)據(jù)，可以根據(jù)用戶(hù)需要和應(yīng)用類(lèi)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(duì)突發(fā)事件做出響應(yīng)。

????????????? 他們兩個(gè)的主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在構(gòu)建多層簇以及設(shè)置門(mén)限值在實(shí)現(xiàn)上比較復(fù)雜，基于屬性命名的查詢(xún)機(jī)制也會(huì)帶來(lái)額外的開(kāi)銷(xiāo)。

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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(gè)節(jié)點(diǎn)知道自己在網(wǎng)絡(luò)中的位置，下列方法可確定節(jié)點(diǎn)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(lèi)：

一類(lèi)是使用地理位置協(xié)助改進(jìn)其余路由算法，以用來(lái)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(kāi)銷(xiāo)，主要代表協(xié)議有LAR和GAF等

另外一類(lèi)是基于地理位置的路由協(xié)議，這一類(lèi)協(xié)議直接利用地理位置來(lái)實(shí)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(diǎn)在空閑、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)消耗的能量之比為1∶1.2∶1.7

????????????? GAF算法考慮到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的冗余性特點(diǎn)，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(diǎn)來(lái)降低能量消耗，提高節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間，從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期

?????? 在GAF路由算法主要機(jī)制包括：確定等價(jià)節(jié)點(diǎn)、輪換協(xié)商的算法和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)自適應(yīng)算法。

a）確定等價(jià)節(jié)點(diǎn)：GAF路由算法中，協(xié)議將整個(gè)區(qū)域分成若干個(gè)虛擬網(wǎng)格，虛擬網(wǎng)格中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與相鄰網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，因此對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)都可以實(shí)現(xiàn)路由的連通，可以說(shuō)是等價(jià)節(jié)點(diǎn)。

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?????? b）分布式輪轉(zhuǎn)協(xié)商算法

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(gè)狀態(tài)之間的切換主要由定時(shí)器觸發(fā)；

節(jié)點(diǎn)休眠醒來(lái)后處于發(fā)現(xiàn)狀態(tài)，通過(guò)發(fā)送發(fā)現(xiàn)報(bào)文讓其他地理上相鄰的等價(jià)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)；發(fā)送了發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)

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

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?????? c）節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的自適應(yīng)算法

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

GAF通過(guò)預(yù)測(cè)并報(bào)告節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)解決移動(dòng)節(jié)點(diǎn)造成的路由斷裂問(wèn)題

GAF的每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)位置和網(wǎng)格大小預(yù)測(cè)它離開(kāi)所在網(wǎng)格的時(shí)間，并且將此信息放入發(fā)現(xiàn)信息中

其他等效節(jié)點(diǎn)的休眠時(shí)間由節(jié)點(diǎn)自身的缺省休眠時(shí)間和路由節(jié)點(diǎn)離開(kāi)時(shí)間的最小值確定，確保在路由節(jié)點(diǎn)移出網(wǎng)格前有其他節(jié)點(diǎn)醒來(lái)，減少節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性帶來(lái)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(shí)現(xiàn)路由，使用貪婪算法建立路由，當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，選擇一個(gè)距離目標(biāo)節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的下一跳節(jié)點(diǎn)。該過(guò)程一直重復(fù)直到數(shù)據(jù)達(dá)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)

為避免局部?jī)?yōu)化問(wèn)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(bǔ)充

優(yōu)點(diǎn)

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(kāi)銷(xiāo)小；

可適用于靜態(tài)和移動(dòng)的WSN網(wǎng)絡(luò)；

缺點(diǎn)

需要地理位置信息的支持；

需要維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)從Sink節(jié)點(diǎn)到事件所在地區(qū)節(jié)點(diǎn)的路徑，這樣就能實(shí)現(xiàn)Sink節(jié)點(diǎn)向某個(gè)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(shí)借鑒了SPIN中查詢(xún)節(jié)點(diǎn)剩余能量值的方法，建立從Sink節(jié)點(diǎn)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(diǎn)知道自己位置信息和剩余能量

節(jié)點(diǎn)間無(wú)線鏈路是對(duì)稱(chēng)的

??????

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GEAR路由協(xié)議的關(guān)鍵技術(shù)

兩個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題

向目標(biāo)區(qū)域傳送查詢(xún)消息

查詢(xún)消息在事件區(qū)域內(nèi)的傳播

選路依據(jù)

節(jié)點(diǎn)到查詢(xún)區(qū)域通信能量能耗

節(jié)點(diǎn)本身的剩余能量

最小代價(jià)節(jié)點(diǎn)為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)

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?????? 路由空洞問(wèn)題

鄰居節(jié)點(diǎn)傳輸代價(jià)都比本地節(jié)點(diǎn)大；

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

修改本地節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)；

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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)）

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?????? 優(yōu)點(diǎn)

利用了位置信息，避免了查詢(xún)消息的Flooding；

考慮了消耗的能量和節(jié)點(diǎn)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(duì)洪泛機(jī)制的補(bǔ)充；

缺點(diǎn)

可能出現(xiàn)路由空洞（局部信息）- 兩跳信息；

不適合在移動(dòng)WSN使用

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

?????? 基本思想

通過(guò)移動(dòng)Sink點(diǎn)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(diǎn)的地理位置，需要節(jié)點(diǎn)有定位功能作為輔助

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第五章 傳輸層

考點(diǎn)：

?????? 特點(diǎn)、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(hù)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?xún)r(jià)比合理的數(shù)據(jù)傳輸功能。為了實(shí)現(xiàn)傳輸層對(duì)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(wú)差錯(cuò)地傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。

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***由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，TCP協(xié)議不能直接用于無(wú)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(diǎn)能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)包進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。

TCP協(xié)議采用的三次握手機(jī)制，而且WSN中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，TCP沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的處理機(jī)制。

TCP協(xié)議的可靠性要求很高，而WSN中只要求目的節(jié)點(diǎn)接收到源節(jié)點(diǎn)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(jī)制，這個(gè)過(guò)程中需要經(jīng)歷所有的中間節(jié)點(diǎn)，時(shí)延非常高且能量消耗也特別大；而WSN中對(duì)時(shí)延的要求比較高，能量也非常有限。

對(duì)于擁塞控制的WSN協(xié)議來(lái)說(shuō)，有時(shí)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(huì)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(diǎn)也最重要，在TCP協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被要求有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的IP地址，而在大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基本上不可能實(shí)現(xiàn)的，也是沒(méi)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(cè)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(diǎn)通信范圍必須覆蓋全網(wǎng)，硬件要求高，沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)，可能會(huì)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(diǎn)向它的鄰居節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。

緩存機(jī)制：中間節(jié)點(diǎn)緩存接收到的數(shù)據(jù)；

NACK確認(rèn)機(jī)制：接收到數(shù)據(jù)包后，檢查包序列號(hào)連不連續(xù)，找出丟失的包序號(hào)，廣播NACK報(bào)文，獲取丟包。

逐跳錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制：節(jié)點(diǎn)接收到所有的數(shù)據(jù)報(bào)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(jī)制

①節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)。

②節(jié)點(diǎn)周期性地檢測(cè)緩存占用率并將其作為擁塞信息寫(xiě)入反饋數(shù)據(jù)包中，并向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送此報(bào)文。

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

④進(jìn)入分流過(guò)程，節(jié)點(diǎn)將檢測(cè)自己選擇的下一跳節(jié)點(diǎn)是否滿(mǎn)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(tīng)和緩存隊(duì)列檢測(cè)相結(jié)合的方式檢測(cè)擁塞，開(kāi)環(huán)控制機(jī)制，閉環(huán)調(diào)節(jié)反應(yīng)機(jī)制。

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RCTP：針對(duì)可靠性傳輸協(xié)議CTP（匯聚樹(shù)協(xié)議）進(jìn)行的改進(jìn)，跨層分簇，包括擁塞檢測(cè)和擁塞后的實(shí)施調(diào)度；緩存檢測(cè)：實(shí)時(shí)隊(duì)列和非實(shí)時(shí)隊(duì)列任意一個(gè)隊(duì)列緩存過(guò)半時(shí)，認(rèn)為擁塞，發(fā)生擁塞后調(diào)用相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)度方法緩解擁塞。

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第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)

考點(diǎn)：

?????? 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(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)）

?????? 能量消耗少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它主要致力于解決無(wú)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(shí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(kuò)展地址；

采用可選的時(shí)槽?保障（GTS）機(jī)制；

采用沖突避免的載波多路偵聽(tīng)技術(shù)（CSMA/CA）；

支持ACK反饋機(jī)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(jiǎn)功能設(shè)備。

該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景分為：

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

?????? 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)：只要通信設(shè)備在對(duì)方無(wú)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(wèn)提供了訪問(wèn)物理信道的服務(wù)接口。

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②、ZIGBEE：

?????? 擴(kuò)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(dòng)一個(gè)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(shí)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(lái)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(gè)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(diǎn)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集。

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

應(yīng)用支持子層為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層通過(guò)ZigBee設(shè)備對(duì)象與制造商定義的應(yīng)用對(duì)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(duì)象和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象使用的一組服務(wù)，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)兩個(gè)實(shí)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(duì)象提供活動(dòng)的環(huán)境。

設(shè)備對(duì)象描述了一個(gè)基本的功能函數(shù)，這個(gè)功能在應(yīng)用對(duì)象、設(shè)備（Profile）和APS之間的提供了一個(gè)接口。 ZDO位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間，可滿(mǎn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。

藍(lán)牙優(yōu)勢(shì)：

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

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第七章 時(shí)間同步技術(shù)考點(diǎn)

考點(diǎn)：

要解決的問(wèn)題（了解）

?????? 區(qū)分傳統(tǒng)時(shí)間同步（了解）

?????? RBS、TPSN（掌握）

?????? 區(qū)分新型時(shí)間同步技術(shù)（了解）

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三種深度的同步：

時(shí)序確定、判斷事件發(fā)生的先后順序；

相對(duì)同步，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)本地時(shí)鐘

絕對(duì)同步，所有節(jié)點(diǎn)同步

?????? 外同步：參考時(shí)間來(lái)自外部

?????? 內(nèi)同步：參考時(shí)間來(lái)自?xún)?nèi)部某個(gè)節(jié)點(diǎn)

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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議必須要解決三個(gè)方面的問(wèn)題：

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

因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電池不可替換，因此協(xié)議要盡可能地簡(jiǎn)單，功耗要低，以盡可能地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期

具有可擴(kuò)展性，隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，時(shí)間同步協(xié)議要同樣有效

穩(wěn)定性

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時(shí)間同步的兩個(gè)重要的時(shí)間參數(shù)：

時(shí)鐘偏移：在真實(shí)時(shí)刻t時(shí)定義時(shí)鐘偏移為c(t)?t，即本地時(shí)間與真實(shí)時(shí)間的差值。

時(shí)鐘漂移：在真實(shí)時(shí)刻t時(shí)定義時(shí)鐘漂移為ρ(t)=r(t)?1，即本地時(shí)間變化速率與1的差值。

在節(jié)點(diǎn)的兩種時(shí)間計(jì)數(shù)方式：

硬件計(jì)數(shù)模式：即利用晶振來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的計(jì)數(shù)

軟件時(shí)鐘模式：采用虛擬的軟件時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)

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NTP:分層，每一層向上一層服務(wù)器同步時(shí)間

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DMTS:

接收者時(shí)間最后改為：t0+nΔt+t2?t1

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能耗小，但是沒(méi)有考慮傳播延遲、編/解碼的影響，對(duì)時(shí)鐘漂移也沒(méi)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(gè)節(jié)點(diǎn)組成的單跳網(wǎng)絡(luò)，1個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)，N?1個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)周期性地向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送參考報(bào)文，廣播域內(nèi)的接收節(jié)點(diǎn)都將收到該參考報(bào)文，并各自記錄收到該報(bào)文的時(shí)刻。接收者們通過(guò)交換本地時(shí)間戳信息，這樣這一組節(jié)點(diǎn)就可以計(jì)算出它們之間的時(shí)鐘偏差。

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TPSN：

????????????? 兩個(gè)階段：

????????????? 層次發(fā)現(xiàn)階段：

級(jí)別發(fā)現(xiàn)分組包含發(fā)送節(jié)點(diǎn)的ID和級(jí)別。根節(jié)點(diǎn)是0級(jí)節(jié)點(diǎn)，在根節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)收到根節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組后，將自己的級(jí)別設(shè)置為分組中的級(jí)別加1，即為第1級(jí)，然后將自己的級(jí)別和ID作為新的發(fā)現(xiàn)分組廣播出去。

當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到第i級(jí)節(jié)點(diǎn)的廣播分組后，記錄發(fā)送這個(gè)廣播分組的節(jié)點(diǎn)的ID，設(shè)置自己的級(jí)別為i+1。這個(gè)過(guò)程持續(xù)下去，直到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)級(jí)別為止。如果節(jié)點(diǎn)已經(jīng)建立自己的級(jí)別，就忽略其他的級(jí)別發(fā)現(xiàn)分組。

?????? 時(shí)間同步階段：

建立層次之后，相鄰層次之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)雙向報(bào)文機(jī)制來(lái)進(jìn)行時(shí)間同步，假設(shè)節(jié)點(diǎn)A是第i層的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)B是第i－1層的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)TPSN報(bào)文交換協(xié)議，我們規(guī)定T1和T4為節(jié)點(diǎn)A的時(shí)間，T2和T3為節(jié)點(diǎn)B的時(shí)間，節(jié)點(diǎn)A在T1向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送一個(gè)同步報(bào)文，節(jié)點(diǎn)B在收到該報(bào)文后，記錄下接收到該報(bào)文的時(shí)刻T2，并立刻向節(jié)點(diǎn)A發(fā)回一個(gè)應(yīng)答報(bào)文，將時(shí)刻T2和該報(bào)文的發(fā)送時(shí)刻T3嵌入到應(yīng)答報(bào)文中。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A收到該應(yīng)答報(bào)文后，記錄下此時(shí)刻T4。我們假設(shè)當(dāng)節(jié)點(diǎn)A在T1時(shí)刻，A和B的時(shí)間偏移為Δ，因?yàn)門(mén)1到T4兩個(gè)報(bào)文發(fā)送的時(shí)間非常短，我們可以認(rèn)為Δ沒(méi)有變化，假設(shè)報(bào)文的傳輸延遲都是相同且對(duì)稱(chēng)的，均為d，那么有

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

這兩個(gè)方程聯(lián)立可解得：

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

在T4時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)A在本地時(shí)間上面加上一個(gè)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(guò)程中可以看出，在TPSN協(xié)議中，當(dāng)雙向報(bào)文的傳輸完全對(duì)稱(chēng)時(shí)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(bào)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(shí)間同步協(xié)議）也采用單個(gè)廣播消息實(shí)現(xiàn)發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步，采用同步時(shí)間數(shù)據(jù)的線性回歸方法估計(jì)時(shí)鐘漂移和偏差。綜合考慮了能量感知、可擴(kuò)展性、魯棒性、穩(wěn)定性和收斂性等方面的要求。FTSP算法實(shí)現(xiàn)步驟如下：

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

（2）接收節(jié)點(diǎn)記錄SYNC字節(jié)最后到達(dá)時(shí)間，并計(jì)算位偏移。在收到完整的消息后，接收節(jié)點(diǎn)計(jì)算位偏移產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這可通過(guò)偏移位數(shù)與接收速率得出。

（3）接收節(jié)點(diǎn)計(jì)算與發(fā)送節(jié)點(diǎn)問(wèn)的時(shí)鐘偏移量，然后調(diào)整本地時(shí)鐘和發(fā)送節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。

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比較：

1．精度方面

RBS協(xié)議：因?yàn)闊o(wú)線信道的廣播特性，使得發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)出的消息相對(duì)所有節(jié)點(diǎn)而言是同時(shí)發(fā)送到物理信道上的，相當(dāng)于將消息傳遞過(guò)程中兩項(xiàng)最不確定的時(shí)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(shí)延中，訪問(wèn)時(shí)延的不確定性是最高的。為了提高兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步精度，TPSN協(xié)議直接在MAC層記錄時(shí)間信標(biāo)，這樣可以有效地消除發(fā)送時(shí)延、訪問(wèn)時(shí)延、接收處理時(shí)延所帶來(lái)的時(shí)間同步誤差。并利用雙向消息交換計(jì)算消息的平均延遲，提高了時(shí)間同步的精度。

FTSP協(xié)議：采用在MAC層記錄時(shí)間信標(biāo)，細(xì)分消息傳輸中的時(shí)間延遲對(duì)這些延遲進(jìn)行補(bǔ)償，利用線性回歸估計(jì)時(shí)間漂移等措施來(lái)降低時(shí)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(diǎn)是預(yù)先選定的，其他節(jié)點(diǎn)接收到參考廣播消息后，就開(kāi)始同步的過(guò)程。考慮到通信沖突，在幾個(gè)同步周期后，全網(wǎng)就可以達(dá)到時(shí)間同步，收斂時(shí)間也比較短。

TPSN協(xié)議：這種同步方法的消息傳遞機(jī)制分為兩個(gè)過(guò)程，包括分層階段和同步階段，因此其收斂時(shí)間較長(zhǎng)。

FTSP協(xié)議：該協(xié)議的根節(jié)點(diǎn)選擇過(guò)程是伴隨時(shí)間同步一起進(jìn)行的，根節(jié)點(diǎn)的選擇不會(huì)對(duì)收斂性造成影響，在幾個(gè)同步周期后，全網(wǎng)就能達(dá)到時(shí)間同步，收斂時(shí)間也比較短。

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3．擴(kuò)展性方面

RBS協(xié)議：在全網(wǎng)達(dá)到同步后，新節(jié)點(diǎn)的加入不會(huì)影響到參考廣播節(jié)點(diǎn)的地位，也就不會(huì)對(duì)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(diǎn)會(huì)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(diǎn)達(dá)到同步的問(wèn)題。對(duì)于多跳網(wǎng)絡(luò)的RBS協(xié)議需要依賴(lài)有效的分簇方法，保證簇之間具有共同的節(jié)點(diǎn)，以便簇間進(jìn)行時(shí)間同步。

TPSN協(xié)議：從分層過(guò)程可以看出，新節(jié)點(diǎn)加入后會(huì)對(duì)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(kuò)展性很差，這也是這個(gè)協(xié)議最大的缺點(diǎn)之一。

FTSP協(xié)議：如果加入的是ID號(hào)最小的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)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(diǎn)選擇，不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。如果不是ID號(hào)最小的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)只需要進(jìn)行時(shí)間同步并廣播時(shí)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(diǎn)失效或網(wǎng)絡(luò)通信故障不會(huì)破壞整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有大量的冗余消息來(lái)保證時(shí)間同步。但是參考節(jié)點(diǎn)失效就會(huì)影響到該節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)失效，該節(jié)點(diǎn)以下的節(jié)點(diǎn)就有可能接收不到時(shí)間同步消息，這樣就會(huì)造成連鎖反應(yīng)，影響到該節(jié)點(diǎn)所有的后續(xù)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。全網(wǎng)的時(shí)間同步會(huì)受到個(gè)別節(jié)點(diǎn)的影響，魯棒性很差。

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FTSP協(xié)議：如果是根節(jié)點(diǎn)失效，那么其他節(jié)點(diǎn)就會(huì)開(kāi)始根節(jié)點(diǎn)選擇的過(guò)程，重新選出一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，這在段時(shí)期內(nèi)會(huì)破壞時(shí)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(diǎn)失效，由于大量冗余消息的存在，個(gè)別節(jié)點(diǎn)不會(huì)影響全網(wǎng)時(shí)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(diǎn)在一次時(shí)間同步中平均接收和發(fā)送消息的次數(shù)來(lái)簡(jiǎn)單的估計(jì)時(shí)間同步協(xié)議的能耗。

RBS協(xié)議：要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步，節(jié)點(diǎn)需要接收一次廣播消息，然后再交換一次時(shí)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(gè)方法采用的是類(lèi)客戶(hù)/服務(wù)器模式，所以實(shí)現(xiàn)一次時(shí)間同步，節(jié)點(diǎn)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(duì)較小。

FTSP協(xié)議：在該協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)接收到時(shí)間同步消息后，使得節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間與全局時(shí)間達(dá)到同步，然后形成新的時(shí)間同步消息并發(fā)送出去。每次同步，節(jié)點(diǎn)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(gè)新的時(shí)間同步技術(shù)試圖解決傳統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)中的同步積累誤差和可擴(kuò)展性問(wèn)題：

協(xié)作同步技術(shù)

螢火蟲(chóng)同步技術(shù)

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Peskin模型和M&S模型模擬了螢火蟲(chóng)自同步（Self-Synchronization）方式，在理論上證明了振蕩器節(jié)點(diǎn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)現(xiàn)上卻存在五點(diǎn)局限性：

當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)激發(fā)時(shí)，它的鄰居節(jié)點(diǎn)不能即時(shí)地獲取這個(gè)時(shí)間

節(jié)點(diǎn)不能即時(shí)地對(duì)激發(fā)事件做出反應(yīng)

節(jié)點(diǎn)不能精確地并且即時(shí)地計(jì)算出f和f?1

所有的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有相同的時(shí)間周期T

節(jié)點(diǎn)不能從它的鄰居節(jié)點(diǎn)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(chóng)同步算法具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

?同步可直接在物理層而不需要以報(bào)文的方式實(shí)現(xiàn)；

?由于對(duì)任何同步信號(hào)的處理方式均相同，與同步信號(hào)的來(lái)源無(wú)關(guān)，因此可擴(kuò)展性以及適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的能力很強(qiáng)；

?機(jī)制簡(jiǎn)單，不需要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

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第八章 WSN節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)

考點(diǎn)：

定位技術(shù)原理和區(qū)分（了解）

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8、1 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)概述

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

?????? 節(jié)點(diǎn)定位在實(shí)際中包含：

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

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

??????

????????????? 一些概念：

????????????? 信標(biāo)節(jié)點(diǎn)：已知自身位置信息的節(jié)點(diǎn)，可通過(guò)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(diǎn)提供參考坐標(biāo)。

未知節(jié)點(diǎn)：信標(biāo)節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)統(tǒng)稱(chēng)為未知節(jié)點(diǎn)，也有文獻(xiàn)稱(chēng)為盲節(jié)點(diǎn)。

鄰居節(jié)點(diǎn)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信距離范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的集合。

跳數(shù)：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間跳段的總數(shù)。

跳距：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間各跳段的距離之和。

節(jié)點(diǎn)連接度：節(jié)點(diǎn)可以探測(cè)發(fā)現(xiàn)到的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

網(wǎng)絡(luò)連接度：所有節(jié)點(diǎn)的鄰居個(gè)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(diǎn)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(diǎn)：

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

健壯性：傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)失效和測(cè)距誤差；

節(jié)能性：盡可能地減少算法中計(jì)算的算法復(fù)雜度，減少節(jié)點(diǎn)間的通信開(kāi)銷(xiāo)，以盡量延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存周期；

分布式：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是大規(guī)模部署網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，定位任務(wù)將不會(huì)是單個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)；

可擴(kuò)展性：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目可能是成千上萬(wàn)甚至更多，為了滿(mǎn)足對(duì)不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)的適用性，定位算法必須具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

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8、2 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)研究狀況和發(fā)展

?????? 作為一種全新的技術(shù)，無(wú)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(diǎn)的微型化和有限的電池供電能力使其在節(jié)點(diǎn)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(jì)目標(biāo)。必須針對(duì)密集性，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、存儲(chǔ)和通信等能力都有限的特定場(chǎng)合設(shè)計(jì)有效的低功耗定位算法

近十年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位問(wèn)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(lái)解決不同的問(wèn)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(shí)空的復(fù)雜性等許多方面有所不同。

對(duì)現(xiàn)有的WSN定位研究成果研究比較發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有一種定位方案能在有效減少通信開(kāi)銷(xiāo)、降低功耗、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時(shí)獲得較高的定位精度。而且大部分停留在仿真和實(shí)驗(yàn)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(wèn)題，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠真正在實(shí)際生活中得到廣泛的應(yīng)用。

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8、3 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)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(wú)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(bǔ)存在的，定位區(qū)域越大，意味著精度越小。

2．實(shí)時(shí)性

實(shí)時(shí)性是定位技術(shù)的另外一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性越強(qiáng)

3．能耗

能耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)獨(dú)有的一個(gè)衡量指標(biāo)。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的電能靠電池來(lái)供應(yīng)，電池是不可替換的，因此節(jié)省能量就成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)重要的問(wèn)題。

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

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8、4 基于測(cè)距的定位技術(shù)

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????????????? 已知幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，求另外節(jié)點(diǎn)的位置：

???????????????????? 三邊定位法；角度定位法；

????????????? 一般有三種算法可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離：

???????????????????? 根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算距離；RSSI

根據(jù)信號(hào)傳播時(shí)間或者時(shí)間差來(lái)計(jì)算距離；TOA

根據(jù)接收信號(hào)相位差定位。TDOA

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

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

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

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8、5 無(wú)需測(cè)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(gè)節(jié)點(diǎn)是否連通。基于連通性的定位可以根據(jù)一個(gè)節(jié)點(diǎn)能否成功解調(diào)其他節(jié)點(diǎn)傳來(lái)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(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息洪泛的過(guò)程進(jìn)行跳數(shù)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)，然后根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)連接點(diǎn)之間的歐氏距離不隨其運(yùn)動(dòng)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(diǎn)間通信連接，根據(jù)與未知節(jié)點(diǎn)連通的導(dǎo)標(biāo)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和形式，通過(guò)幾何約束條件判斷該未知節(jié)點(diǎn)是否可以與鄰居節(jié)點(diǎn)導(dǎo)標(biāo)構(gòu)建最簡(jiǎn)單元定位協(xié)作體或準(zhǔn)定位協(xié)作體，然后在最簡(jiǎn)單元定位協(xié)作體的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展成更多節(jié)點(diǎn)的定位協(xié)作體。

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第九章 容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)

考點(diǎn)：

?????? 概念（了解）

?????? 失效、故障、容錯(cuò)、差錯(cuò)（區(qū)分了解）

?????? 精度?上行、下行模式（了解）

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9、1 容錯(cuò)技術(shù)概述

?????? 容錯(cuò)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(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)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(yùn)行的一種技術(shù)。

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失效：失效就是某個(gè)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(gè)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(cuò)：差錯(cuò)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(cuò)->失效

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容錯(cuò)技術(shù)分類(lèi)：

?????? ①、故障避免：避免或預(yù)防故障的發(fā)生

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

?????? ③、故障隔離：對(duì)故障節(jié)點(diǎn)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(xiàng)補(bǔ)救措施

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9、2 容錯(cuò)設(shè)計(jì)模型

WSN故障三個(gè)層級(jí)：（部件級(jí)、節(jié)點(diǎn)級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)）

部件級(jí)故障是指此類(lèi)故障節(jié)點(diǎn)能夠正常通信，但其測(cè)量值是錯(cuò)誤的，會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)分析處理數(shù)據(jù)的結(jié)果；

節(jié)點(diǎn)級(jí)故障是指故障節(jié)點(diǎn)不能與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常的通信，會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋性；

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

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容錯(cuò)設(shè)計(jì)模型標(biāo)準(zhǔn)：

（1）能效性：這里主要考慮傳感器節(jié)點(diǎn)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(guò)程完成后，診斷狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)相同的節(jié)點(diǎn)占總節(jié)點(diǎn)數(shù)的百分比。有時(shí)候，故障診斷精度也被細(xì)分為故障識(shí)別率和誤報(bào)率兩個(gè)指標(biāo)。

（3）故障診斷執(zhí)行時(shí)間：在執(zhí)行故障診斷過(guò)程中節(jié)點(diǎn)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(diǎn)數(shù)目會(huì)比較大，如果故障診斷過(guò)程持續(xù)比較久會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)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(diǎn)分布不均勻，可能在局部區(qū)域出現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn)聚集的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)影響故障診斷機(jī)制的性能表現(xiàn)，一個(gè)好的故障診斷機(jī)制應(yīng)該能有效地應(yīng)對(duì)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(wú)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(lái)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(duì)物理層發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，將物理層的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率降低到閾值以下，采用反饋機(jī)制來(lái)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(diǎn)間路由的選擇及維護(hù)。可分為兩種模式：

任由節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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?yàn)槎嗦窂絺鬏敂?shù)據(jù)包到匯聚節(jié)點(diǎn)，所以具有很高的容錯(cuò)性，但由此帶來(lái)了大量冗余信息傳輸，容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，耗費(fèi)大量能量，因此不適宜用在無(wú)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(shí)，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(diǎn)發(fā)生擁塞時(shí)，調(diào)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多徑分流，以此來(lái)降低節(jié)點(diǎn)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(wú)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(lái)延長(zhǎng)無(wú)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(wú)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(gè)保證事件傳輸?shù)拈撝导纯伞?/p>

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無(wú)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(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)，這是感應(yīng)源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)而形成的一股數(shù)據(jù)流，目的是保證匯聚節(jié)點(diǎn)能夠監(jiān)測(cè)到感興趣區(qū)域的事件情況。

下行模式，即從匯聚節(jié)點(diǎn)到傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，在這種模式中傳輸?shù)牟辉偈枪?jié)點(diǎn)采集的信息，而是匯聚節(jié)點(diǎn)給予感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的控制或者查詢(xún)消息，它可能用于調(diào)整整個(gè)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(xún)某個(gè)特定區(qū)域的信息，規(guī)定其優(yōu)先級(jí)等。

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9、4 WSN故障檢測(cè)和診斷

基于空間相關(guān)的故障檢測(cè)：

?????? 空間相關(guān)性：是指無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點(diǎn)的同類(lèi)傳感器之間所測(cè)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(gè)可信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三角法檢測(cè)感應(yīng)器故障。

????????????? （2）無(wú)須地理位置信息。這類(lèi)檢測(cè)通常是通過(guò)偵聽(tīng)鄰居數(shù)據(jù)來(lái)判斷自己測(cè)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(guò)與鄰居節(jié)點(diǎn)測(cè)量值進(jìn)行比較，得到與自己的測(cè)量值相同或差距在允許范圍內(nèi)的鄰居測(cè)量值個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)超過(guò)鄰居數(shù)目的一半，則判定自己的測(cè)量值為正確的，否則就是錯(cuò)誤的。

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

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中值策略是利用鄰居測(cè)量值的中值與自己的測(cè)量值比較，在很大程度上避免了錯(cuò)誤的鄰居節(jié)點(diǎn)測(cè)量值對(duì)測(cè)量精度的影響，在有很多鄰居節(jié)點(diǎn)測(cè)量值錯(cuò)誤的情況下，節(jié)點(diǎn)仍然能正確地判斷出自己的測(cè)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(cuò)節(jié)點(diǎn)是一種可以替換失效活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的睡眠節(jié)點(diǎn)或冗余節(jié)點(diǎn)。活動(dòng)節(jié)點(diǎn)失效會(huì)造成某些鄰居節(jié)點(diǎn)的連接斷開(kāi)，在它失效時(shí)，其鄰居節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)指定的容錯(cuò)節(jié)點(diǎn)來(lái)通信。

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節(jié)點(diǎn)失效會(huì)造成某些區(qū)域不被覆蓋，這時(shí)需要采取措施來(lái)彌補(bǔ)覆蓋空洞。節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域定義為它的整個(gè)感知區(qū)域除去與其他節(jié)點(diǎn)重疊的部分。失效節(jié)點(diǎn)的覆蓋區(qū)域需要其他節(jié)點(diǎn)來(lái)彌補(bǔ)。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)能力，它把覆蓋修復(fù)過(guò)程分為四個(gè)階段

（1）初始化階段：節(jié)點(diǎn)計(jì)算自己的覆蓋區(qū)域、每個(gè)覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的移動(dòng)區(qū)域。

（2）恐慌請(qǐng)求階段：垂死節(jié)點(diǎn)廣播求助消息。

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

（4）決策階段：垂死節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的回應(yīng)信息，決定讓哪個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)。

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第十章 服務(wù)質(zhì)量保證

考點(diǎn)：

?????? 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(hù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)所提供服務(wù)的滿(mǎn)意程度；

從網(wǎng)絡(luò)的角度看，QoS代表網(wǎng)絡(luò)向用戶(hù)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(hù)需要時(shí)即能開(kāi)始工作的時(shí)間百分比。

（2）吞吐量：又稱(chēng)為帶寬，是在一定時(shí)間段內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的度量。一般來(lái)說(shuō)，吞吐量越大越好。

（3）時(shí)延：指一項(xiàng)服務(wù)從網(wǎng)絡(luò)入口到出口的平均經(jīng)過(guò)時(shí)間。許多實(shí)時(shí)應(yīng)用，如語(yǔ)音和視頻等服務(wù)對(duì)時(shí)延的要求很高。

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

（5）丟包率：指網(wǎng)絡(luò)在傳輸過(guò)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(jì)者和用戶(hù)提出的。QoS可定義為系統(tǒng)生命期、查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間、事件檢測(cè)成功率、查詢(xún)結(jié)果數(shù)據(jù)的時(shí)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(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)自組織系統(tǒng)，為了獲得期望的服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間和資源需求，傳感器節(jié)點(diǎn)必須互相協(xié)作，實(shí)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?yàn)榫哂胁煌煽啃孕枨蟮膽?yīng)用提供簡(jiǎn)單、健壯和可擴(kuò)展的傳輸協(xié)議。

ESRT[6]是一個(gè)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(cè)結(jié)果，包含一個(gè)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(jī)制，QoS往往定義為數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性，同時(shí)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(duì)無(wú)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(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。

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????????????? 路由協(xié)議挑戰(zhàn)：

???????????????????? 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化、資源嚴(yán)重受損、對(duì)多種業(yè)務(wù)QOS支持、能量和QOS平衡、可擴(kuò)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(wú)線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點(diǎn)之間分配有限的通信資源，對(duì)WSN的性能有較大的影響。目前，研究人員為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出一些基于沖突和載波監(jiān)聽(tīng)的MAC協(xié)議，目標(biāo)是最大化系統(tǒng)吞吐量，并未提供實(shí)時(shí)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(hù)的QoS需求，以高效的可擴(kuò)展的方式保障應(yīng)用的實(shí)時(shí)性要求，利用節(jié)點(diǎn)的冗余保證容錯(cuò)，并且支持多Sink節(jié)點(diǎn)的多種QoS需求。

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10、3 關(guān)鍵問(wèn)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(diǎn)密集分布無(wú)線多跳傳輸、多用戶(hù)、多任務(wù)并發(fā)操作，多類(lèi)別數(shù)據(jù)流量、可擴(kuò)展性

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10、4 感知QOS保證

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知QoS，即無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的感應(yīng)，監(jiān)控的效果。

無(wú)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(wèn)題分為點(diǎn)（目標(biāo)）覆蓋、區(qū)域覆蓋及線覆蓋三類(lèi)

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

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感知模型

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感知原型：節(jié)點(diǎn)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(guò)研究區(qū)域內(nèi)圓盤(pán)覆蓋來(lái)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(shí)，保留了距離對(duì)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(duì)目標(biāo)的感知概率也逐漸減小直至無(wú)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(wèn)題需要解決，集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

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感知模型種類(lèi)的完善。

三維空間的覆蓋控制。

提供移動(dòng)性的支持。

符合WSN與Internet交互的相應(yīng)WSN覆蓋控制方案。

開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中評(píng)價(jià)傳輸服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)如下。

傳輸成功率。

時(shí)延。

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傳感數(shù)據(jù)包能否實(shí)現(xiàn)端到端的可靠傳輸是網(wǎng)絡(luò)能否成功實(shí)施并應(yīng)用的一個(gè)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(gè)方面。

（1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所使用的無(wú)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?chē)h(huán)境噪聲的影響造成數(shù)據(jù)包的丟失。另外在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的分布密度非常高，不同節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)極易發(fā)生信道競(jìng)爭(zhēng)沖突以及碰撞造成數(shù)據(jù)包丟失。

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

（3）接收節(jié)點(diǎn)因?yàn)閿?shù)據(jù)包到達(dá)過(guò)快來(lái)不及處理造成數(shù)據(jù)包丟失。

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目前來(lái)說(shuō)，無(wú)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(jī)制：

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反饋確認(rèn)機(jī)制。

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冗余數(shù)據(jù)保證機(jī)制。

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多路徑傳輸機(jī)制。

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FEC前向糾錯(cuò)碼機(jī)制。

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第十一章 網(wǎng)絡(luò)管理

考點(diǎn)：

?????? 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(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和控制，使其有效可靠安全經(jīng)濟(jì)的提供服務(wù)；

?????? 兩個(gè)任務(wù)：

????????????? 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

????????????? 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制

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?????? 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)管理是對(duì)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(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)響應(yīng)和排除異常等各種活動(dòng)的總稱(chēng)，以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)提供方和網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)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(yùn)行：針對(duì)向用戶(hù)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(duì)向用戶(hù)提供有效的服務(wù)和為滿(mǎn)足提供服務(wù)的質(zhì)量要求進(jìn)行的管理活動(dòng)

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(yùn)行而進(jìn)行的一系列管理活動(dòng)，包括故障檢測(cè)、定位和恢復(fù)，對(duì)設(shè)備單元的測(cè)試

提供：針對(duì)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(dòng)，為實(shí)現(xiàn)某些服務(wù)提供某些資源和給用戶(hù)提供某些服務(wù)

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11、2 發(fā)展現(xiàn)狀

挑戰(zhàn)：

?????? 無(wú)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(shí)修改的代價(jià)最小，即具有一定的通用性。

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

?????? 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源受限。

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11、3 關(guān)鍵問(wèn)題

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網(wǎng)絡(luò)管理原則：

?????? 高效的通信機(jī)制

?????? 輕量型的結(jié)構(gòu)

?????? 智能自組織的機(jī)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：

??????

?????? Tiny—DB：

????????????? 基于查詢(xún)的WSN數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它從節(jié)點(diǎn)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)度各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)查詢(xún)進(jìn)行分布式處理，將查詢(xún)結(jié)果通過(guò)基站返回給用戶(hù)。

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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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分為幾個(gè)功能區(qū)，針對(duì)功能區(qū)各自的特點(diǎn)采用不同的路由模式，各個(gè)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(gè)功能區(qū)：生產(chǎn)區(qū)、運(yùn)輸區(qū)以及倉(cāng)儲(chǔ)和服務(wù)區(qū)，各個(gè)區(qū)之間的節(jié)點(diǎn)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(jì)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(dòng)AGENT的數(shù)據(jù)管理：基于移動(dòng)Agent技術(shù)的無(wú)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(chǔ)的方式，讓每個(gè)傳感器器節(jié)點(diǎn)把自身的特征數(shù)據(jù)和感知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自身節(jié)點(diǎn)上，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)銷(xiāo)降低到最小；再使用移動(dòng)數(shù)據(jù)查詢(xún)代理在合理的節(jié)點(diǎn)上采集數(shù)據(jù)，便可以有效地滿(mǎn)足查詢(xún)的需要。

??????

????????????? 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(gè)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(shí)需要其他模塊的信息，通過(guò)對(duì)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(gè)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(diǎn)的角色進(jìn)行代碼分發(fā)，并支持動(dòng)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(gè)立方體定義，包含三個(gè)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(diǎn)移動(dòng)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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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