WSN
第一章考点
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线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
传感器网络的关键技术
通信能力有限 无线通信技术是第一项关键技术
电源能量有限 低功耗设计问题是第二项关键技术！
计算能力有限 嵌入式操作系统设计是第三项关键技术
自组织的动态网络 多跳自组织的网络路由是第四项关键技术！
如何建立以数据为中心的传感器网络？传感器网络的第五项关键技术是数据融合方法！
网络攻击无处不在 如何保护机密数据和防御网络攻击是第六项关键技术！
第二章
(1)平面结构
(2) 分级网络结构
(3)混合网络结构
(4)Mesh网络结构
(5)多级分级结构
第3章
物理层和MAC层
无线通信物理层的主要技术包括介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。
主要传输介质包括无线电和红外线。
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。
IEEE 802.11 MAC协议分为两种：
1、分布式协调功能(Distributed Coordination Function, DCF)：用来传输异步数据，同时也是支持PCF机制的基础。
2、点协调功能(Point Coordination Function，PCF)：可选的，它只可用于基本网络配置的拓扑结构。
网络节点在进入退避状态时，启动一个退避计时器，当计时达到退避时间后结束退避状态。在退避状态下，只有当检测到信道空闲时才进行计时。如果信道忙，退避计时器中止计时，直到检测到信道空闲时间大于DIFS后才继续计时。当多个节点推迟且进入随机退避时，利用随机函数选择最小退避时间的节点作为竞争优胜者。
DCF可利用RTS和CTS两个控制帧来进行信道预约
PCF机制通过轮询和应答机制提供无竞争的传输，
无线传感网
一、竞争型MAC协议
SMAC、TMAC、PMAC、WiseMAC、Sift
S-MAC协议:在802.1l MAC协议的基础上，针对传感器网络的节省能量需求而提出的。
T-周期性睡眠和监听
U-自适应侦听机制 不立即进入睡眠状态，而是保持侦听一段时间。
V-
W-串扰避免
X-消息传递
缺点
S-MAC协议采用周期性侦听的工作方式，其侦听周期是固定不变
T-T-MAC协议(
T-MAC协议在保持周期长度不变的基础上，根据通信流量动态地调整活动时间，用突发方式发送信息，减少空闲侦听时间。
节点周期性唤醒进行侦听，在唤醒的时间周期内，如果节点没有任何活动，则继续进入休眠状态。
早睡问题
节点在邻居准备向其发送数据时进入了睡眠状态
未来请求发送（Future request-to-send, FRTS）
PMAC
引入模式信息，节点能够通过模式信息提前获知邻居的下一步活动，调度都根据模式信息来进行
二、基于时分复用的MAC协议
TDMA
1、基于分簇网络的MAC协议
DEANA
基于周期性调度的MAC协议
TRAMA协议
TRAMA协议包括：
（1）邻居协议NP (neighbor protocol)、
（2）调度交换协议SEP (schedule exchange protocol)
（3）自适应时槽选择算法AEA (adaptive electional Agorithm)。
节点间通过NP协议要获得一致的两跳内拓扑结构和节点流量信息
SEP协议
调度交换协议SEP用来建立和维护发送者和接收者的调度信息。
路由协议
无线传感器网络的路由协议主要任务是确保数据由源节点准确高效地传输到目的节点，即寻找数据的最优路径以及沿最优路径发送数据。
能量感知路由
能量路由是根据节点可用能量(Power Available，PA)或传输路径上的能量需求(E)，选择数据的转发路径。节点可用能量就是节点当前的剩余能量。
以数据为中心的路由协议
洪泛 (Flooding)协议
内爆现象：洪泛机制允许大量冗余消息，节点会收到来自多个邻居节点转发的相同消息。
重叠现象：监测同一区域的节点容易产生相同的信息，造成传播过程中的信息冗余，消耗大量能量
闲聊(Gossiping)协议
SPIN协议
通过和邻居节点的协商来减少Flooding带来的内爆和重叠的影响
SPIN协议采用了两种机制：
在数据发送前通过协商确定是否发送；
节点监测自己的能量并进行能量感知决策
通过元数据来完成协商过程
元数据：一种对源数据的映射，比源数据短
避免传输冗余数据
协商通过元数据进行
消息广播包：Advertise (ADV)
数据请求包：Request (REQ)
数据包：Data transfer (DATA)
三次握手机制(点对点模式，即SPIN-PP)
节点A向邻居B发送ADV，ADV消息对DATA消息进行了描述。
如果B对DATA消息感兴趣，则发送REQ消息给A节点。
A收到REQ后，将DATA消息发送给B节点。
SPIN-PP (Point to Point，点到点的通信模式)
SPIN-EC (Energy Control，点到点模式下的节能路由)
SPIN-RL (Route Lossy，点到点通信中的信道衰减模式)
SPIN-BC (Broadcast Channel，广播信道模式)
定向扩散(Directed Diffusion)协议：汇聚节点接到上层应用的查询任务后，将兴趣消息通过洪泛方式周期性地广播出去，即告诉其他节点我要收集什么兴趣。在传输过程中建立从数据源节点到汇聚节点的传输梯度。在区域内“兴趣”匹配节点沿着梯度方向通过路径传送数据到汇聚节点。
四个阶段：
兴趣扩散（采用泛洪）；
梯度建立（反向建立）；
强化路径（汇聚节点会收到多条路径，选最优路径，进行加强，以后的数据按照加强路径传送）
数据传输
汇聚节点向全网查询兴趣，邻居节点更新自己的兴趣缓存，并且转发
兴趣缓存中的条目(兴趣表项)
时间戳：指示接收到相关兴趣消息的最近时间
梯度：当前节点从哪个邻居收到兴趣消息以及相应的数据传输率
持续时间：该兴趣消息的有效期
分层路由协议
分层路由基本思想
网络划分为多个簇，每个簇由簇头和簇成员组成
簇头组成更高一级的网络，簇头管理簇内节点，收集融合簇内信息
簇头节点间还可以再次分簇
分层结构扩展性较好，适合大规模网络使用
LEACH协议（LOW Energy Adaptive Clustering Hierarchy，低功耗自适应聚类分级协议）是最早最基本的一种分层路由算法，主要考虑簇内节点能耗
使用Leach协议后，形成两级星形结构
簇头作为一定区域所有节点的代理，负责和Sink的通信
簇头节点可以对所辖区域节点数据进行融合，减少网络中传输的数据；簇内节点与簇头距离近，使用小功率与簇头节点通信，功耗小
簇头消耗大量能量，所以定期选举簇头，簇头选举算法的设计，要求保证公平性
两级星形结构
簇头建立阶段
簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时隙；
稳定工作阶段
PEGASIS协议是对于LEACH的一种改进，节点间不再组成簇，而是组成链
GPSR
选择邻居节点中离数据包目的节点更近的点作为转发节点
GEAR（Geographical and Energy-Aware Routing）路由协议是一种基于地理位置和能量信息的路由协议，该协议采用能量和地理位置信息作为启发式选择路径向目标区域传送数据
基于QoS的路由协议
SAR是第一种保证QoS的主动路由协议
为什么需要定位
基于位置的服务
自动导航
搜索周边服务信息
基于位置的社交网络：Four square
蜂窝基站定位: GPRS, W-CDMA
无线室内环境定位: AoA, ToA
单基站定位法
COO定位
多基站定位法
ToA/TDoA定位法
需要三个基站才能定位
稀疏地区可能只能收到两个基站的信号，不适用
AoA定位法
无线室内环境定位
以购置ToA，TDoA，AoA等技术所需的昂贵硬件
RSS定位技术
使用信号强度进行定位
利用已有的无线网络（蓝牙、Wi-Fi、ZigBee）
红外线、超声波、蓝牙、RFID、超宽带……
利用可见Wi-Fi接入点来定位
定位方法
Trilateration（三边测量）是一种常用的定位算法：
1.已知三点位置 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)
2.已知未知点 (x0, y0) 到三点距离 d1, d2, d3
以 d1, d2, d3 为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置计算公式：
( x1 - x0 )2 + ( y1 - y0 )2 = d12( x2 - x0 )2 + ( y2 - y0 )2 = d22( x3 - x0 )2 + ( y3 - y0 )2 = d32
（2）多边极大似然估计法
3）角度测量法
现有无线传感器网络定位方法
质心定位算法算法步骤：
确定未知节点的所在区域
计算这个区域的质心坐标
将该质心坐标作为此未知节点的坐标。
不需要信标节点和未知节点之间的协调，因此实现简单，算法复杂度低。
TOA定位方法
1假设发送节点和接收节点时间同步并且每个节点均包含一个发射机和一个接收机
2发射机发射一种命名为chirp的声波，并且同时在该声波中包含了发送时间
3接收机收到chirp声波后从中提取发送时间，利用声波在大气中的传播模型计算发送节点和接收节点之间的距离
4节点在计算出与多个临近信标节点之间的距离后，可以利用三边定位法或者极大似然估计法计算自身位置
RSSI定位方法
未知节点根据接收到的信号强度值计算信号的传播损耗，按照相应的传播损耗模型将传播损耗转化为距离，然后再根据三边定位法或者多边极大似然估计法计算未知节点的位置。
6．DV-HOP定位方法
DV-HOP（Distance Vector-HOP）定位机制包括3个不同的阶段：
1计算未知节点与每个信标节点的最小跳数
2计算未知节点与信标节点之间的距离
3最后计算未知节点的坐标。
时间同步
估计目标的运行速度和方向
数据融合需要时间同步
用户交互性需要
RBS算法通过接收节点对时抵消发送时间和访问时间，发送节点广播一个信标分组，广播域中两个节点都能接收到这个分组，交换接收时间，两个接收时间的差值相当于两个接收节点间的时间差值，其中一个节点可以根据这个时间差值更改它的本地时间，从而实现两个节点的时间同步。
1、TPSN是类似于NTP（Network Time Protocol）时间同步协议
2、目的是提供传感器网络全网范围内节点间的时间同步
3、节点结构中包含一个根节点，它与外界通信获取外界时间，以此作为整个网络系统的时钟源
4、将节点分级后（根节点是0级，累加），每个节点同上一级的一个节点进行时间同步，最终与根节点同步
5、节点对之间的同步采用发送者-接收者同步机制
第一阶段 层次发现阶段
第二阶段 同步阶段
集中式，分布式，混合式
大 小 中
数据级 决策级 特征级
大 小 中
加权平均法
网安
2、常见攻击
（1）DoS（Denial of Service）攻击
（2）Sybil攻击
（3）Sinkhole攻击
（4）Wormhole攻击
（5）Hello泛洪攻击
（6）选择转发攻击
Dos
Sybil
Sinkhole
Wormhole
Hello