传感器网络知识点总结

传感器网络复习

第一章

WSN的定义：

无线传感器网络是大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。

---

无线传感网络负责实现数据采集、处理和传输三种功能。

---

WSN系统的组成

每个传感器节点由 数据采集模块（传感器、A\D转换模块）、数据处理和控制模块（微控制器、存储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块（电池、DC/DC能量转换）等组成。

---

传感器节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或簇头节点的角色。

---

传感器节点的限制
- 电源能量有限
- 通信能力有限
- 计算和存储能力有限

WSN的特点

自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大和需要高的可靠性。

WSN的关键性能指标
- 网络的工作寿命
- 网络的覆盖范围
- 网络搭建成本和难易程度
- 网络的响应时间

传感器的基本特征
- 灵敏度
- 响应特性
- 线性范围
- 稳定性
- 重复性
- 漂移
- 精度
- 分辨率

第二章

基本不考，暂时不看

第三章

WSN拓扑结构

按照组网形态和方式分，分为集中式、分布式和混合式。
按照节点功能及结构层次分，分为平面网络结构、分级网络结构、混合网络结构，以及Mesh网络结构。

平面网络结构
1. 所有节点为对等结构。
2. 这种网络拓扑结构简单，易维护，具有较好的健壮性。
3. 由于没有中心管理节点，故采用自组织协同算法形成网络，其组网算法比较复杂。

分级网络结构
1. 网络分为上层和下层两个部分：上层为中心骨干节点，下层为一般传感器节点。
2. 通常网络存在一个或多个骨干节点，骨干节点之间或者一般传感器节点之间采用的是平面网络结构；具有汇聚功能的骨干节点和一般传感器节点之间采用的是分级网络结构。
3. 所有骨干节点均为对等结构，每个骨干节点均包含相同的MAC、路由、管理和安全等功能协议，而一般路由器可能没有路由、管理及汇聚处理等功能。
4. 分级网络结构通常以簇的形式存在，按照功能分为簇首（具有汇聚功能的骨干节点）和成员节点。
5. 分级网络结构的网络拓扑结构扩展性好，便于集中管理，可以降低系统建设成本，提高网络覆盖率和可靠性，但是集中管理开销大，硬件成本高，一般的传感器节点之间可能不能直接通信。

混合网络结构
1. 网络骨干节点之间或者一般传感器节点之间采用的是平面网络结构；网络骨干节点和一般传感器节点之间采用的是分级网络结构。
2. 不同与分级网络结构，混合网络结构的一般传感器之间可以直接进行通信。
3. 支持的功能更加强大，但是所需的硬件成本更高。

Mesh网络结构

拓扑控制的意义
1. 网络寿命，保证网络连通性和覆盖率的条件尽量网络能耗，延长网络生存周期。
2. 减少节点通信负载，提高通信效率。
3. 辅助路由协议
4. 数据融合策略选择
5. 节点冗余

拓扑控制设计目标
1. 覆盖

覆盖是对传感器网络服务质量的量度，即在保证一定服务质量的前提下，使网络覆盖范围最大化。

1. 连通

   传感器网络一般都是大规模的，所以传感器节点感知到的数据一般要以多跳的方式传送到汇聚节点。

2. 网络生命周期

   网络生命周期定义为直到死亡节点的百分比低于某个阀值的持续时间。最大限度地延长网络的生命期是一个十分复杂的问题，它一直是拓扑控制主要的研究目标。

3. 吞吐能力

   通过功率控制减小发射半径和通过睡眠调度减小供祖宗网络的规模，可以节省能力的同时，在一定程度上提高网络的吞吐能力。

4. 干扰和竞争

   减少通信干扰、减少层的竞争和延长网络的生命周期基本上是一致的。对于功率控制网络无线信道竞争区域的大小与节点的发射半径r成正比，所以减小r就可以减少竞争；对于睡眠调度，可以使竟可能多的节点处于睡眠状态，减少干扰和减少竞争。

5. 网络延迟

   当网络负载较低时，高发射功率减少了源节点到目的节点的跳数，所以降低了端到端的网络延迟；当网络复杂较高时，节点对信道的竞争是激烈的，低发射功率由于缓解了竞争而减小了网络延迟。

6. 拓扑性质

   覆盖性、连通性、对称性、平面性、稀疏性、节点度的有界性，有限伸展性，此外拓扑控制还要考虑负载均衡，可靠性，简单性，可扩展性等其它性质。

第四章

网络通信协议

开放式系统互连（OSI）协议参考模型
- 应用层
- 表示层
- 会话层
- 传输层
- 网络层
- 数据链路层
- 物理层

MAC层和物理层协议采用IEEE802.15.4 协议

具体看93页三个图。

物理层

定义

物理层是在物理传输介质之间为比特流传输所需物理连接而建立、维护和释放数据链路实体之间的数据传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。

物理层的功能
1. 为数据终端设备提供传送数据的通路。
2. 传输数据。
3. 具有一定的管理能力。

常用频段
915MHz 2.4GHz 868MHz