无线传感器网络复习(1-3章)网络与通信

程度上决定着通信系统的质量。根据调制中采用的基带信号的类型，。表3.1ISM应用中的可用频段5.程度上决定着通信系统的质量。根据调制中采用的基带信号的类型，。表3.1ISM应用中的可用频段5.调制技术P48什么是调制协议是在802.1lMAC协议的根底上，针对传感器网络的.z易地通过障碍物，但电波能量随着与信号源距离r的增大而急剧减小题型：共计38～39题，计算题较少，原理题很多（1）选择题15’（2）填空题10’无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无无线传感器网络的三个根本要素：传感器、感知对象、用户；无线传感器网络的根本功能：协作式的感知、采集、处理和发布感知信息。无线传感器网络三个功能：数据采集、处理和传输；对应的现代信息科技的三大根底技术：传感器技术、计算机技术和通信技术；传感器网络网关原理是什么.传感器节点见后2要点介绍。有线的或无线的方式将数据传送给最终用户计算机。网关会聚节点只需要具有处理器模块和量供给和更多内存资源与计算能力的增强型传感器节点，也可以是一个带有无线通信接口的源模块负责节点供电，节点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。能量分配管理在各个层中，能量是怎么考虑的..-节省能量需求而提出的。S-MAC协议的适用条件是传感器网信息后通过随机退避算法减小冲突。.-节省能量需求而提出的。S-MAC协议的适用条件是传感器网信息后通过随机退避算法减小冲突。2.MAC协议分哪几种.思想性侦听和睡眠机制S-MAC协议将时间分为帧，帧长度由应用程序决定。帧内分监听工作阶段和睡眠阶段。监听/睡眠阶段的持续时间传感器网络以数据应用为中心物理层负责载波频率的产生、信号调制、解调；数据链路层负责媒体接入和过失控制；用优化是根据应用需求优化调度任务。点，必须使用多跳路由。传感器节点是什么.CPU选用嵌入式.哪些是嵌入式.哪些不是嵌入式.传感器节点是采用自组织方式进展组网以及利用无线通信技术进展数据转发的，节点都说嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一局部。通常，嵌入式Web技术嵌入式Web技术嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。每一层处理哪些事.传感器节点为了节约能量进入休眠。无线传感器网络节点的体系有分层的网络通信协议、网络管理平台和应用支撑平台三局部组成。传输层和应用层组成。（3）应用支撑平台建立在网络通信协议和网络管理技术的根底之上，包括一系列基于监测任务的应用层软同步、定位、应用效劳接口、网络管理接口。模较小，一般采用平面构造。如果网络规模很大，则必须采用分级网络构造。感器节点〔sensornode〕，会聚节点〔sinknode说，由于它并不需要立即得到所有的数据，因此协议不需要周期性的感器节点〔sensornode〕，会聚节点〔sinknode说，由于它并不需要立即得到所有的数据，因此协议不需要周期性的使用的是时间预留的方法预测信道的忙闲状况。网络在得知网络忙闲有效性和可靠性有很大的影响，采用什么方法调制和解调往往在很大从图1.13中可知传感器节点的绝大局部能量消耗在无线通信模块。传感器节点传输信息时要比执行计算时更消耗电能，传输l比特信息100m距离需要的能量大约相当于执行3000条计算指令所消耗的能量。通常无线通信的能量消耗与通信距离的关系符合如下规律：为3，即假定通信能耗与距离的三次方成正比。随着通信距离的增加，能耗会急剧增加。在满足通信连通性的前提下应尽量减少单跳的通信距离。一般而言，传感器节点的无线通信半径在100m以内比较适宜。的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数何利用有限的计算和存储资源完成诸多协同任务成为传感器网络设计所需要考虑的问题。无线传感器网络以数据为中心无线传感器网络除了具有AdHoc网络的移动性、断接性、电源能力局限性等共同特征应用相关性、动态性、网络规模大和需要高的可靠性等。2003年美国"技术评论"杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，传感器网络被列为第一。P25思考题第2章微型传感器的根本知识本章不会出现答题，可能会出现简答题传感器一般由敏感元件、转换元件和根本转换电路组成。敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的局部。转换元件是将敏感元件感受或响应的随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的根本转换电路可安装在传感器控制信息来得知信道情况，而不是实际检测物理信道。虚拟载波监听度任务。传感器节点的处理能力、存储能力相对较弱，通信距离也有能量消耗问题不是这类网络考虑的重点。在无线传感器网络中，节点。线性范围越宽，则说明传感器的工作量程越大。传感器工作在线性控制信息来得知信道情况，而不是实际检测物理信道。虚拟载波监听度任务。传感器节点的处理能力、存储能力相对较弱，通信距离也有能量消耗问题不是这类网络考虑的重点。在无线传感器网络中，节点。线性范围越宽，则说明传感器的工作量程越大。传感器工作在线性A/D转换，变成数字量，供计算机或者微处理器处理。敏度越高，测量范围往往越窄，稳定性会越差。传感器的灵敏度指传感器到达稳定工作状态时，输出变化量与引起变化的输入变化量之是最小二乘法求出的拟合直线的斜率。（2）*响应特性传感器的动态性能是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。它是传感器的输出值能真实再现变化着的输入量的能力反映，即传感器的输出信号和输入信号随时间的变化曲线希望一致或相近。传感器的响应特性良好，意味着传感器在所测的频率范围内满足不失真测量的条件。另外，实际传感器的响应过程总有一定的延迟，但希望延迟的时间越小越好。（3）线性范围越宽，则说明传感器的工作量程越大。生非线性误差。任何传感器很难保证做到绝对的线性，在*些情况下，在许可限度内，也可以在近似线性区域内使用。的因素是时间与环境。（5）*重复性重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化屡次所得特征曲线的不一致性，在数值上用各测量值正反行程标准偏差最大值的两倍或三倍于满量程的百分比来表示。（6）*漂移由于传感器内部因素或外界干扰的情况下，传感器的输出变化称为漂移。当输入状态为在其它因素不变的情况下，输出随着时间的变化产生的漂移称为时间漂移。.2*802.11MAC协议的退避机制P55图.2*802.11MAC协议的退避机制P55图3.36.*典会遇到信道不可靠和严重干扰等问题。另外，一些传感器节点的天线的终端探测节点向监控中心报告采集的数据。在这类监控和检测的应的斜率。（2）*响应特性传感器的动态性能是指传感器对于随时间度。一般以温度变化1度时，输出的最大偏差与满量程的百分比来表示。传感器精度指测量结果的可靠程度，它以给定的准确度来表示重复*个读数的能力，其差相对传感器满量程输出的百分数。（8）*分辨率入零点附近的分辨力称为阈值，即产生可测输出变化量时的最小输入量值。迟滞是指在一样工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中对应同一输入量的正百分比来表示同时会改变电压输出值。磁阻传感器的用途较多，最典型的应用是用于车辆探测。磁感应探测原理：运动车辆的每个局部都会产生一个可重复的对地球磁场的扰动，不磁场变化的大小，磁场大小的变化说明了对地磁场整体的干扰程度。图2.16最简单的运动车辆产生单轴磁信号运动车辆探测信号分析：地球的磁场在很广阔的区域内是恒定的，可以看作是均匀磁场。大的铁磁物体会引起地球磁场的扰动。这些扰动在汽车发动机和车轮处尤为明显，但也取决于在车辆内部、车顶或后备箱中有没有其它铁磁物质。在道路中间和旁边放置磁阻传感器，可以探测由于车辆经过而导致的畸变磁场，从而监测车辆的存在，在此根底上推导车辆类型、行驶方向等交可能的简单。P45思考题第3章传感器网络的通信与组网技术*〔1〕为数据终端设备(DTE)提供传送数据的通路：络采用的主要传输介质包括无线电、红外线和光波等。在无线电频率引起变化的输入变化量之比，即K=输出变化量络采用的主要传输介质包括无线电、红外线和光波等。在无线电频率引起变化的输入变化量之比，即K=输出变化量/输入变化量=△YAdaptiveClusteringHierarchy)。该时磁场的变化关系图2.16最简单的运动车辆产生单轴磁信号运动输包括激活物理、传输数据和终止物理。所谓"激活物理〞就是不管有多少物理介质参与，都需要将通信的两个数据终端设备连接起来，形成一条通路。或并行、半双工或全双工、同步或异步传输的需要。物理层还负责其他的一些管理工作，如信道状态评估、能量检测等。2.DTE、DCTEP47送、接收数据能力的设备，如计算机、I/O设备终端。质之间的数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器。〔1〕无线通信物理层的介质选择：等，其中无线电波在无线网络中使用最广泛。接收方的装置在位置上不必要求很准确的对准。直线传播，且受障碍物阻挡的影响。无线电波易受发动机和其它电子设备的干扰。另外，由于无线电波的传输距离较远，用户之间的相互串扰也是需要关注的问题，所以每个国家和地区都有关于无线频率管制方面的使用授权规定。（2）无线传感器网络的传输介质的选择：目前无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电、红外线和光波等。在无线电频率选择方面，ISM频段是一个很好的选择。因为ISM频段在大多数国家属于无须注册的公用频段。无线传感器网络节点之间通信的另一种手段是红外技术。红外通信的优点是无须注册，并且抗干扰能力强。红外通信的主要缺点是穿透能力差，要求发送者和接收者之间存在视距应用。信道不可靠和严重干扰等问题。另外，一些传感器节点的天线可能在高度和发射功率方面比不上周围的其它无线设备，为了保证这些低发射功率的传感器网络节点正常完成通信任务，要求所选择的传输介质能支持强健的编码和调制机制。*在低速无线个域网(LR-PAN)的802.15.4标准中，定义的物理层是在868MHz、915MHz、标准非常适合无线传感器网络的特点，是传感器网络物理层协议标准的最有力竞争者之一。前，掌握传感器的根本特性是必要的。（1）*前，掌握传感器的根本特性是必要的。（1）*灵敏度传感器的灵敏时间进展读数，其输出偏离零值〔或原指示值〕。在其它因素不变的信。根据波长的不同，电磁波分为无线电波、微波、红外线、毫米波块。随着集成电路工艺的进步，处理器和传感器模块的功耗变得很低目前基于该标准的射频芯片也相继推出，例如Chipcon公司的CC2420无线通信芯片。4.ISM频段P49P50Medical频段，工业、科学和医疗频段，优点在与它是自由频段，无须注册，可选频谱范围大，实现起来灵活方便。缺点是功率受限，另外与现在多种无线通信应用存在相互干扰问题。表3.1ISM应用中的可用频段什么是调制.什么是基带信号.什么是宽带.模拟的调频、调副、调相.数字信号的的调频、调副、调相.什么是蓝牙.为什么在无线传感器网络中不能使用.变化，通常是周期性的电振荡波。带宽又叫频宽是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽调制对通信系统的有效性和可靠性有很大的影响，采用什么方法调制和解调往往在很模拟调制是用模拟基带信号对高频载波的*一参量进展控制，使高频载波随着模拟基带信号的变化而变化。数字调制是用数字基带信号对高频载波的*一参量进展控制，使高频载波随着数字基带信号的变化而变化。目前通信系统都在由模拟制式向数字制式过渡，因此数字调制已经成为了主流的调制技术。基带信号往往不能作为传输信号，因而要将基带信号转换为相对基带频率而言频率非常信号。无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进展无线信息交换。利用"蓝牙技术，工业、科学、医学〕频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。大量的无线传感器节点的需要。蓝牙一般距离为10m，如果要到100m的话要增加功率。什么是扩频技术.输的方式能满足点到点、一点到多点、串行或并行、半双工或全双工作是均匀磁场。大的铁磁物体会引起地球磁场的扰动。这些扰动在汽通信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。调制技术通过改变大。通常取输的方式能满足点到点、一点到多点、串行或并行、半双工或全双工作是均匀磁场。大的铁磁物体会引起地球磁场的扰动。这些扰动在汽通信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。调制技术通过改变大。通常取n为3，即假定通信能耗与距离的三次方成正比。随着通接收、解扩和恢复所传信息数据。扩频技术的优点包括：易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率;抗干扰性强，误码率3.2MAC协议1.什么叫MAC.什么叫虚拟载波侦听.P52MAC：介质控制(MediumAccessControl，MAC)协议。所谓MAC协议就是通过一组规则和过程来有效、有序和公平地使用共享介质。听是通过控制信息来得知信道情况，而不是实际检测物理信道。虚拟载波监听使用的是时间预留的方法预测信道的忙闲状况。网络在得知网络忙闲信息后通过随机退避算法减小冲突。方式。根据上述的第三种分类方法，将传感器网络的MAC协议分为以下三种：给每个传感器节点分配固定的无线信道使用时段，防止节点之间相互干扰。(2)随机竞争接入方式。如果采用无线信道的随机竞争接入方式，节点在需要发送数据时随(3)竞争与固定分配相结合的接入方式。通过混合采用频分复用或者码分复用等方式，实现节点间无冲突的无线信道分配。3.RTS、CTS、NAV、ACKP54ACK确认帧信道的优先级：〔2〕PIFS(PCFIFS)：PCF方式下节点使用的帧间间隔。〔3〕DIFS(DCFIFS)：DCF方式下节点使用的帧间问隔。5.*CSMA/CA的虚拟载波侦听P54图3.1*CSMA/CA的根本机制P55图3.2*802.11MAC协议的退避机制P55图3.36.*典型MAC协议：S-MAC协议的原理与工作机制P56P57P58简答、问题S-MAC协议(SensorMAC)。这种协议是在802.1lMAC协议的根底上，针对传感器网络的无线信号，所以发射方和接收方的装置在位置上不必要求很准确的对。无线信道时分复用(TimeDivisionMultiple线传感器节点的需要。蓝牙一般距离为无线信号，所以发射方和接收方的装置在位置上不必要求很准确的对。无线信道时分复用(TimeDivisionMultiple线传感器节点的需要。蓝牙一般距离为10m，如果要到100m的求使用水性传输介质，譬如能穿透水面的长波。复杂地形和战场应用节省能量需求而提出的。S-MAC协议的适用条件是传感器网络的数据传输量不大，网络内部能够进展数据的处扩展性，减少节点能耗。S-MAC采用以下机制：S-MAC协议将时间分为帧，帧长度由应用程序决定。帧内分监听工作阶段和睡眠阶段。监听/睡眠阶段的持续时间要根据应用情况进展调整。当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量。当然节点需要缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送。流量自适应侦听机制的根本思想是在一次通信过程中，通信节点的邻居在通信完毕后不立即进入睡眠状态，而是保持侦听一段时间。如果节点在这段时间内接收到RTS分组，则可以立刻接收数据，无须等到下一次调度转入睡眠状态直到下一次调度侦听周期。〔3〕冲突和串音防止机制为了减少冲突和防止串音，S-MAC协议采用了与802.11MAC协议类似的虚拟和物理载执行S-MAC协议的节点进入睡眠状态。〔4〕消息传递机制S-MAC协议采用了消息传递机制，可以很好地支持长消息的发送。由于无线信道的传输过失与消息长度成正比，短消息传输成功的概率要大于长消息。消息传递机制根据这一原理，将长消息分为假设干个短消息，采用一次RTS/CTS交互文的开销，又可以提高消息发送的成功率。少通过一个中间节点。2.传统无线网络的首要目标、无线传感器网络的首要目标P59利用网络带宽。这些网络的路由协议主要任务是寻找源节点到目的节点间通信延迟小的路径，同时提高整个网络的利用率，防止产生通信堵塞，并均衡网络流量。通常能量消耗问题不是这类网络考虑的重点。扑构造信息，路由协议要在局域网协议的根底上，选择适宜的路径。从各种应用的角度出发，将路由协议分为四类：段P49P50ISM频段：Industrial段P49P50ISM频段：Industrial，Scient果采用无线信道的随机竞争接入方式，节点在需要发送数据时随机使用。（4）稳定度稳定性表示传感器经过长期使用之后，输出特性不强机制来建立优化路径，并根据网络拓扑的变化来修改数据转发的梯数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长网络生存期等问题。（2）基于查询的路由协议：在诸如环境检测、战场评估等应用中，需要不断查询传感器节感器探测节点之间的命令和数据传输，同时传感器探测节点的采集信息通常要进展数据融合，通过减少通信流量来节省能量，即数据融合技术与路由协议的设计相结合。（4）可靠的路由协议*定向扩散路由是一种经典的以数据为中心的路由协议。定向扩散路由机制可以分为周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强三个阶段:（1）兴趣扩散阶段：含有任务类型、目标区域、数据发送速率、时间戳等参数。每个节点在本地保存一个兴趣列表，对于每一个兴趣内容，列表中都有一个表项记录发照梯度上的数据传输速率，设定传感器模块采集数据的速率。经过多个路径的一样数据。定向扩散路由机制通过正向加强机制来建立优化路径，并根据网络拓扑的变化来修改数据转发的梯度关系。兴趣扩散阶段是为了建立源节点到会聚节点的数据传输路径，数据源节4.LEACH路由协议〔补充〕小题明，与一般的平面多跳路由协议和静态分层算法相比，LEACH可以将网络生命周期延长15%。LEACH在运行过程中不断的循环执行簇的重构过程，每个簇重构过程可以用回合的概簇头节点的选择、簇头节点的播送、簇头节点的建立和调度机制的生成。簇头节点的选择依据网络中所需要的簇头节点