无线传感器网络知识点

1. 无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。

2. 构成WSN的三要素：传感器、感知对象、观察者。 3. ADHOC和WSN的区别：

(1)WSN节点数量更为庞大分布更为密集 (2)WSN节点更容易失效网络拓扑变化频繁

(3)WSN主要使用广播通信机制而Ad hoc网络是基于点对点的通信 (4)WSN节点的动力能源、运算能力、存储器大小均受局限 (5)WSN不必拥有全球统一标识符 (6)WSN以数据为中心。

4. WSN的节点：传感模块、处理器模块、通信模块、电源模块 节点特点：电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限

传感器AD/DC转换器处理器存储器传感模块处理器模块网络层MAC物理层通信模块

电源模块5. WSN协议栈结构

(1)能源管理平台：管理传感器节点如何使用能量；

(2)移动管理平台：检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节点能够跟踪它的邻居；

(3)任务管理平台：在一个给定的区域内平衡和调度监测任务

6. 传感器物理层

作用：屏蔽物理设备和传输介质的差异

目的：透明传输

功能：提供传输通道；传输数据；其他

特性：(1)机械特性(2)电气特性(3)功能特性(4)规程特性

运用的技术：(1)介质和频段的选择(2)调制技术(3)扩频技术 传输媒体：

(1)建议采用ISM （工业、科学和医学）频段短距离的无线低功率通信最适合传感器网络(2)红外,不需要许可证，抗干扰要求收发双方在视线之内(3)光 7. 频率选择，载频发生，信号检测，调制，数据加密 信号传播

传播信号需要的最小发送功率和传输距离d的n次方成正比，2<= n < 4. 为了减小传输距离，传感器网络采用多跳（multihop）通信方式 8. MAC层协议：S-MAC协议、IEEE802.11 MAC协议

9. MAC层有用功耗：(1)发送，接收数据(2)处理询问请求 (3)转发询问和数据到邻居节点 9.MAC层无用功耗： (1)信道的空闲侦听，“ waiting for possible traffic”.

(2)由于碰撞导致的重传，例如两个数据包同时到达同一节点 (3)无意偷听：当节点接收到一个不属于他的数据包时 (4)产生和处理控制数据包开销 10.CSMA/CA

CSMA /CA载波侦听/冲突避免如何解决“隐匿终端问题

11.S-MAC机制

针对碰撞重传、串音、空闲侦听和控制消息等可能造成较多能耗的因素S-MAC采用如下机制：

(1)周期性侦听／睡眠的低占空比工作方式，控制结点尽可能处于睡眠状态来降低结点能量的消耗；

(2)邻居结点通过协商的一致性睡眠调度机制形成虚拟簇，减少结点的空闲侦听时间；

(3)通过流量自适应的侦听机制，减少消息在网络中的传输延迟；

(4)采用带内信令来减少重传和避免侦听不必要的数据；通过消息分割和突发传递机制来减少控制消息的开销和消息的传递延迟。

12.路由设计的四个方面

（1）能量高效,路由过程中不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，而且要针对整个网络的情况选择使整个网络能量均衡消耗的路径 （2）可扩展性,通信信道质量较低，拓扑变化较频繁 （3）稳健性,

（4）快速收敛性,适应网络拓扑动态变化，减少通信协议开销，提高消息传输的效率

13.SPIN协议和最短路径算法 14.传输层的可靠性相关：

(1)物理层：物理层是实现无线网络通信的基石，其可靠性能的优劣直接影响到整个系统的容错能力。物理层主要负责数据的编码调制、解调解码、发送与接收。对于无线传感器网络节点间的通信，为了使得数据能够被可靠地传输或接收，必须要做到高的接收机灵敏度、低的背景噪声及较强的抗干扰能力。

(2)链路层：数据链路层主要负责数据流的多路选择、数据帧侦测、媒介访问、差错控制，保证了点到点、点到多点的可靠性链接。媒介访问控制为数据传输建立通信链路，并提供对共享媒介的公平、有效的访问。它需要减少或避免媒介中的包冲突。

差错控制主要采用自动重发请求（ARQ）和前向纠错（FEC）。 (3)网络层：建立局部多路径，定向洪泛 (4)传输层：事件汇聚到Sink，

PSFQ（Pump Slowly, Fetch Quickly）为无线传感器网络的重编程或重新指定任务提供了可靠传输，并提供了到接收端延迟保证。源节点低速向网络注入数据包以避免网络拥塞，接收节点有足够的时间来检测这些数据包是否丢失，假如发生丢失就请求重传。当节点收到的包序号不等于上一个包序号加1，那么就认为有包丢失。这个节点在收到正确的包之前停止继续发送包。 15.MAC层点到点重传

链路层重传仅适用于较长的路由 传输层是端到端的重传 16.传输层协议 (1)PSFQ协议

(2)RCTP协议，无线传感器网络传输层的跨层协议 17.TCP/IP协议为什么不能直接用到无线传感器？

(1)TCP协议提供的是端到端的可靠信息传输，而WSN中存在大量的冗余信息，要求节点能够对接收到的数据包进行简单的处理。

(2)TCP协议采用的三次握手机制，而且WSN中节点的动态性强，TCP没有相对应的处理机制。

(3)TCP协议的可靠性要求很高，而WSN中只要求目的节点接收到源节点发送的

事件，可以有一定的数据包丢失或者删除。 (4)TCP协议中采用的ACK反馈机制，这个过程中需要经历所有的中间节点，时延非常高且能量消耗也特别大；而WSN中对时延的要求比较高，能量也非常有限。 (5)对于拥塞控制的WSN协议来说，有时非拥塞丢包是比较正常的，但是在TCP协议中，非拥塞的丢包会引起源端进入拥塞控制阶段，从而降低网络的性能。 (6)最后一点也最重要，在TCP协议中，每个节点都被要求有一个独一无二的IP地址，而在大规模的无线传感器网络中基本上不可能实现的，也是没有必要的。 18.无线传感器网络传输层设计： (1)降低传输层协议的能耗 (2)进行有效的拥塞控制 (3)保证网络的可靠性 19.APIT算法 20.测距算法种类

(1)基于信号传播时间的定位（TOA） (2)基于信号传播时间差定位（TDOA） (3)基于接收信号强度的定位（RSSI） (4)基于接收信号角度的定位(AOA) 21.通信协议标准 (1)IEEE 802.15.4标准 (2)ZigBee标准 (3)6LowPan草案

22.什么叫Zigbee网络？

(1)ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。

(2)ZigBee采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层。 (3)ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。 23.拓扑类结构：星形、网状形、簇状形 24.网络协调器及定义：

包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。

25.无线传感器网络节点分类：传感节点、汇聚节点、网关节点

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