无线传感网知识点.docVIP

无线传感网概述 无线传感器网络的概念：无线传感器网路是一种由多个无线传感器节点和几个汇聚节点构成的网络，能够实时的检测、感知和采集节点部署区域的环境或感兴趣的的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后一无线的方式发送出去。 WSN的特点及优势 WSN与Ad hoc共有的特征：自组织；分布式；节点平等；安全性差 WSN特有的特征：计算能力不高；能量供应不可代替；节点变化性强；大规模网络 无线传感器网络架构： 协议：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层 物理层：负责载波频率产生、信号的调制解调等工作，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。 数据链路层：（1）媒体访问控制。（2）差错控制。 网络层：负责路由发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。 传输层：负责将传感器网络的数据提供给外部网络，也就是负责网络中节点间和节点与外部网络之间的通信。 主要由一系列应用软件构成，主要负责监测任务。这一层主要解决三个问题：传感器管理协议、任务分配和数据广播管理协议，以及传感器查询和数据传播管理协议。 管理传感器节点如何使用资源，在各个协议层都需要考虑节省能量。 检测传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。 无线传感器网络所面临的挑战：低能耗，实时性，低成本，安全和抗干扰，协作 无线传感网物理层设计 WSN物理层频率的选择：一般选用工业，科学和医疗频段。ISM（医疗）频段的主要优点是无需注册的公用频段、具有大范围可选频段、没有特定标准、灵活使用。欧洲使用433MHZ，美国使用915MHZ频段 WSN结构采用的是无线射频通信 数据链路层 MAC协议分类： 1）按节点的接入方式：侦听（间断侦听：DEANAdeng），唤醒（低功耗前导载波侦听MAC协议），调度（主要使用在广播中） 2）按信道占用数划分：单信道（主要采用），双信道，多信道 3）信道分配方式：竞争型（S-MAC，T-MAC,Sift），分配型（SMACS，TRAMA），混合型（ZMAC）， 跨层型 分配型MAC协议采用TDMA,CDMA,SDMA,FDMA等技术 数据链路层的关键问题：能量效率问题，可扩展性，公平性，信道共享，网络性能的优化 记忆竞争的S-MAC协议，具有以下特点： 周期性的侦听和睡眠 使用虚拟载波侦听和物理载波侦听进行冲突避免 自适应侦听 将长消息分成子段进行消息传递 基于竞争的T-MAC协议：为了改进S-MAC协议不能根据网络负载调整自己的调度周期的缺点，T-MAC协议根据一种自适应占空比的原理，通过动态地调整侦听与睡眠时间的比值，从而实现节省能耗的目的。主要解决了早睡的问题 基于竞争的Sift协议：为了解决多个相邻节点都会发现同一事件并传输相关信息而导致空间竞争现象，它采用CSMA机制，竞争窗口的大小原本是设定好的，采用非均匀概率来决定是否发送数据，特点如下： 无线传感传感器网络中基于空间中的竞争 基于时间的报告方式 感知事件的节点密度的自适应调整 7.基于分配的SMAC协议：该协议假设每个节点都能够在多个载波频点上进行切换，将每个双向信道定义为两个时间段。SMAC协议是一种分布式协议，允许一个节点集发现邻居并进行信道分配。SMAC协议可避免全局时间同步，从而减少复杂性 基于分配的TRAMA协议：该协议采用了流量自适应的分布式选举算法，节点交换两跳内的邻居信息，传输分配时指明在时间顺序上哪些节点是目的节点，然后选择在每个时隙上的发送节点和接收节点，TRAMA将一个物理信道分成多个时隙，通过对这些时隙的复用为数据和控制信息提供信道。 混合型MAC协议：ZMAC采用CSMA机制作为基本方法，在竞争加剧时使用TDMA机制来解决信道冲突问题。ZMAC协议引入了时间帧的概念，每个时间帧又分为若干时隙，在ZMAC协议中，网络部署每个节点执行一个时隙分配的DRAND算法。 ZMAC协议是一种混合型MAC协议，可以根据网络中的信道竞争情况动态地调整MAC协议所采用的机制，在CSMA和TDMA机制之间进行切换，在网络数量较少时工作在CSMA机制下；在网络数据量较大时，工作在TDMA机制下，使用拓扑信息和同步时钟信息来改善协议性能 跨层MAC协议：MINA网络架构，在MINA架构中节点分为三种类型：大量静止的低容量传感器节点；少量手持移动节点；静止的大容量基站节点。 网络层 相对于传统网络层，无线传感器具有以下特征：大规模分布式应用，以数据为中心，基于局部拓扑信息，基于应用，数据的融合 网络层关键问题：节能，高扩展性，容错性，数据融合技术，通信量分布不均 网络路由协议： 基于数据的路由协议：SPIN、DD路由协议 基于集群结构协议：LEACH、TEEN、APTEEN路由协议 基于地理位置的路由协议：GEAR、GAF路由协议 传输