無線感測器網路知識點總結
第一章無線感測器網路的分類
無線感測器網路的定義：無線感測器網路是大量靜止的或移動的感測器網路以自組織和多跳的方式構成的無線網路，目的是協作地探測，處理和傳輸網路覆蓋區域內感知物件的檢測資訊。
感測器網路的三種功能：資料採集（感官），處理（大腦），傳輸（神經）。
感測器網路的基本要素：感測器，感知物件，使用者。
感測器節點由電源、儲存器、感知部件、嵌入式處理器、通訊部件、和軟體組成。
1.與現有無線感測器網路的區別：傳統無線網路設計的目標是提供高服務質量和高效頻寬利用，其次才考慮節約能源，而感測器網路設計的目標是能源的高效使用。
2.感測器節點的限制：
電源能量有限：節點的體積小，人員不可達
通訊能力有限：e=k*dn n通常取值為3，盡量選擇多跳。
計算和儲存能力有限：**低，功耗小。
感測器網路是整合了監控，控制以及無線通訊的網路系統。節點多，容易受到環境的影響，網路拓撲結構容易變化。
感測器節點消耗能量的模組主要包括感測器模組，處理器模組和無線通訊模組。絕大部分的能量消耗在無線通訊模組。
3.感測器組網的特點：
a) 自組織性：節點平等，沒有中心，通過分布式演算法來相互協調。優點是不會因為單個節點的脫離而受到損害。
能夠進行配置和管理，通過拓撲機制和網路協議自動形成**監測資料的多跳無線網路系統。自組織要適應網路拓撲的結構的動態變化。
b) 以資料為中心：以資料本身作為查詢或傳輸線索的思想，更接近於自然語言交流的習慣，因此說是乙個以資料位中心的網路。
c) 應用相關性
d) 動態性：感測器網路的拓撲結構因如下原因改變：
環境因素或電源耗盡
環境變化造成鏈路頻寬變化，甚至時斷時續。
感測器網路的感測器，感知物件和觀察者這三要素都可能具有移動性
新節點的加入
e) 網路規模大：大規模範圍，小範圍的感測器密集
f) 可靠性：保密性和安全性
4.無線感測器網路的關鍵效能指標：
a) 網路的工作壽命
b) 網路覆蓋範圍
c) 網路搭建成本和難易程度
d) 網路響應時間
5.無線感測器網路發展的三個階段
a) 第一階段：傳統的無線感測器
例子：熱帶樹（由震動和聲響組成）
節點只產生探測資料流，沒有計算能力，並且相互之間不能通訊，傳統的無線感測器網路只能獲取單一訊號，節點只能進行單一的點對點通訊，網路一般採用分級處理結構。
b) 第二階段：感測器網路節點整合化
節點之間相互協作，但自主執行，將資訊傳送到它們的處理節點。這些節點同時具備了感知能力，計算能力，通訊能力。
c) 第三階段：多跳自組網
例子：抓住賓拉登
特點：網路傳輸自組織，低功耗。
第2章無線感測器網路結構、覆蓋與連線
拓撲結構：無線感測器網路的拓撲結構是組織無線感測器節點的組網技術
按組網形態和方法分類
1.無線感測器網路的拓撲結構：
a) 平面網路結構：對等結構，沒有中心管理節點。
拓撲結構簡單，容易維護，，具有較好的健壯性，但是組網比較複雜。
b) 分級網路結構： 網路上層：骨幹節點，平面結構
網路下層：一般節點
骨幹節點：包括相同的mac層、路由、管理、和安全等功能的協議
一般節點：可能沒有路由、管理及匯聚處理等功能
特點：網路拓撲效能好，便於集中管理，可以降低系統的建設成本，提高網路的覆蓋率和可靠性。但是集中管理開銷大，硬體成本高，一般感測器節點之間可能不夠直接通訊。
c) 混合網路結構：網路上層：平面結構
網路下層：平面結構，各個節點能直接通訊
和分級網路結構的區別是一般的感測器節點能夠直接通訊，不需要匯聚到骨幹節點，來**資料。支援的功能更強大，所需的成本更高。
d) mesh網路結構：規則分布，只允許和節點最近鄰居通訊
完全鏈結的網路結構mesh網路結構
某個節點可以被指定為族首節點，而且實現額外的功能。可以被替換。
mesh網路結構的無線感測器網路的特點：
由無線節點構成網路
節點按照mesh拓撲結構部署，網內節點至少可以和另乙個節點通訊。
支援多跳路由
功耗限制和移動性取決於節點型別及應用的特點
存在多種網路接入方式，可以通過星型，mesh等節點方式額其他網路整合。
2.無線感測器網路區域覆蓋：
a) 能效隨機覆蓋方法
b) 連線性隨機覆蓋方法
3.區域覆蓋：要求覆蓋的面積最大
點覆蓋：覆蓋要求的節點
一般邊界覆蓋：不可知區域覆蓋
4.無線感測器網路覆蓋能效評價指標：
a) 覆蓋指標：採用可靠度概念
b) 能耗指標
第3章無線感測器網路通訊
1.網路通訊協議： 應用層：應用業務、安全性
傳輸層：可靠性、流量控制、吞吐量
網路層：連線/無連線、路由、可達性
資料鏈路層：介質訪問、功率管理、幀格式
物理層：通道編碼、無線傳輸、調製解調
2.網路管理平台（填空）：拓撲控制、服務質量管理、能量管理、安全管理、移動管理、網路管理。
3.應用支撐平台：在前兩個的基礎上，包括一系列基於監測的應用軟體，並通過應用層介面和網路層管理介面來為終端使用者提供對各種具體應用的支援。
4.物理層的物理介面四個特性：
機械特性：它規定物理鏈結時使用的可接插聯結器的形狀和尺寸，聯結器中的引腳數量和排列情況等。
電氣特性：它規定在物理鏈結上傳輸二進位制位元流時，線路上的訊號的電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。
功能特性：它規定了物理介面上各條訊號線的功能分配和確切定義。物理介面訊號線一般分為訊號線、控制線、定時線和地線。
規程特性：它定義了訊號線進行二進位制位元流傳輸時的一組操作過程，包括各訊號線的工作規則和時序。
5.無線通訊物理層的主要技術：
介質和頻段選擇：介質包括電磁波和聲波
調製技術：調製和解調
擴頻技術：一種資訊傳輸方式，其訊號所占有的頻頻寬度遠大於資訊必需的最小寬度。
6.資料鏈路層訪問方式：基於tdma的**訪問、基於tdma/fdma**訪問、基於csma**訪問（載波感測多路訪問）。
7.網路層設計原則（了解就行）：
1. 能量有效性是必須考慮的關鍵問題
2. 多數無線感測器網路以資料為中心
3. 理想的無線感測器網路採用基於屬性的定址和位置感知方式
4. 資料聚集僅在不妨礙無線感測器節點的協作效應時是有效地
5. 路由協議易於其他網路相結合
event-to-sink傳輸（簡答題）
sink-to –sensor傳輸（簡答題）
7.什麼是event---to----sink和sink-----to----sensor傳輸？
答：event----to---sink 的可靠度是必要地，包括了事件特徵到sink節點的可靠通訊，而不是針對區域內各節點生成的單個感測器報告/資料報進行基於資料報的可靠傳遞。就是時間半徑區域內的感測器將事件資訊傳送給匯聚節點。
sink----to----sensor是匯聚節點為實現可操作性或特定應用而傳送資料，這類資料資料的分發需要100%的可靠傳遞。
8.什麼是sink-to-sensor傳輸？
9.目前無線感測器網路的通訊傳輸介質有哪些型別？他們各有什麼特點？
10.無線網路通訊系統為什麼要進行調製解調？調製有哪些方法？
跨層設計定義：是針對特定的分層結構而言的，一切不符合參考分層通訊結構的協議設計都被稱為跨層設計。
9．無線感測器網路跨層設計：因為無線感測器的網路資源和能量比較受限，使得它不能像有線網路那樣的分成每一層設計，例如把物理層和鏈路層看成一層，mac看成一層進行設計。
所謂跨層設計的定義，是針對特定的分層結構而言的，一切不符合參考分層通訊結構的協議設計都被稱為跨層設計。
10.跨層設計的必要性：（1）無線通道的動態性：通道是不穩定的傳輸介質，要保證系統的可用性。（2）無線感測器網路節點的能量受限（3）傳統通訊系統分層參考模型的弊端
第4章無線感測器網路的支撐技術
無線感測器網路的支撐技術
造成感測器網路節點時間誤差的原因：
1. 不同節點的晶體振盪器頻率存在偏差
2. 濕度
3. 電磁波的干擾
為什麼需要時間同步機制？
1. 單個節點能力有限
2. 某寫應用的需要，整個系統實現的功能要求網路內所有的節點相互配合共同完成，分布式系統需要節點間的時間同步
物理時間：人類社會使用的絕對時間。
邏輯時間：體現了時間發生的順序關係，是乙個相對的概念。
無線感測器網路時間同步機制的意義和作用主要體現在如下兩個方面：
1. 感測器節點通常需要彼此協作，去完成複雜的監測和感知任務
2. 感測器網路的一些節能方案是通過同步機制來實現的。
網路時間協議（ntp）在網際網路中得到了廣泛的使用，具有精度高，魯棒性好和易擴充套件的優點，但是這個協議為什麼不能應用於無線感測器網路呢？
1. ntp協議它應用在已有有線網路中，它假設網路鏈路失效的概率很小，而在感測器網路中，無線鏈路的通訊質量收到環境的影響很大，甚至會時常有中斷情況
2. ntp的協議的網路結構相對穩定，便於為不同位置的節點手工配置時間伺服器列表，而無線感測器網路的拓撲結構是動態變化的，簡單的靜態手工配置無法適應這種變化。
3. ntp中時間基準服務間的同步是無法通過網路自身來實現，需要其他的基礎設施協助，如gps系統和無線廣播報時系統，而無線感測器網路的有些應用中，無法取得相應基礎設施的支援。
4. ntp協議需要通過頻繁交換資訊，來不斷校準始終頻率偏差帶來的誤差並通過複雜的修正演算法，消除時間同步訊息在傳輸和處理過程中收到的非確定因素干擾，cpu使用、通道偵聽和占用都不受約束，而感測器網路存在資源約束，必須考慮能量消耗。
tpsn時間同步協議：目的是實現全網範圍內節點間的時間同步。
tpsn協議包括如下兩個階段：
1. 第一階段生成層次結構，每個節點都被賦予乙個級別，根節點被賦予最高端別地0級，第i級的節點至少能夠與第i-1級的節點通訊。
2. 第二個階段實現所有樹節點的時間同步，第1級節點同步到根節點，第i級的節點同步到第i-1級的節點，最終所有的節點都同步到根節點，實現整個網路時間同步。
無線感測器網路知識點總結回顧
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