无线传感网知识总结

智能家居
智能家居的发展阶段：
智能家居1.0：雏形阶段，最显著的呈现形式是家庭用电设备的自动管理
智能家居2.0：初级阶段，智能家居单品问世，但单品之间彼此孤立，不能互相连接通信
智能家居3.0：物联网阶段，利用网络通讯等技 术，将有智能控制、信息交流及消费服务等功能的家庭设施与住宅环境有机结合
智能家居4.0：智能家居与人工智能结合。根据客户需求定制的全屋智能家居系统可以感知用户在家中的即时性需求，提供智能化服务
智能家居的关键技术：
网络技术：它要求以光纤到户、光纤到小区为主要接入方式，Wifi为主的无线网络技术，其无线电波覆盖范围广，速度快且可靠，更好的实现对家电的智能控制。
自动化控制技术：通过具备一定控制功能的系统实现对各种设备的控制活动，确保家电设备在运行过程中顺利进行，冰实现自动控制目标
物联网技术：通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体过过程等信息，实现物与物、物与人，所有物品与网络的连接，方便识别、管理和控制，并与互联网形成一个巨大的网络。
（分为感知层、网络层、应用层。感知层运用各种传感器、传感网感知并收集外界信息，网络层能高效无障碍地将感知信息传输给应用层，应用层处理和管理数据）
如何实现智能家居，6个子系统
智能灯光控制系统
智能安防控制系统
智能背景音乐控制系统
智能煤水电控制系统
智能家电控制系统
智能车库控制系统
智能系统运用ZigBee技术连接定位，当用户进入某一房间，首先定位位置，然后使用手机或其它电子设备通过有线网络、无线WIFI或者移动网络获取房间定位，打开灯光或者调节灯光等；智能家电温控系统获取室内温度，通过温度传感器判断调控温度。自动化控制技术让智能家居成为人们生活中减轻负担的自动化管理者，提高了人们物质、文化生活水平
跨层次设计无线传感网：
在无线传感网的设计中，传感器网络协议栈的核心部分是网络层的路由协议和数据链路层的MAC协议。路由协议决定哪些节点形成转发路径，MAC协议决定无线收发模块的工作模式。拓扑控制算法部署于MAC和路由层之间，它为路由层提供足够的路由更新信息，路由表的变化也反作用于拓扑控制机制，MAC层可以提供给拓扑控制算法邻居发现等消息。在设计拓扑控制策略时，尽最大能力使其具有覆盖性、连通性、对称性、平面性、稀疏性、节点度的有界性、有限伸展，还要考虑负载均衡、简单性、可靠性、可扩展性等其他方面的性质。
采用拓扑控制的传感器节点部署在二维或三维空间中，采用基于节点度的功率控制算法解决传感器网络拓扑控制中功率控制方面的问题，它根据给定节点度的上限需求和下限需求，动态调整节点的发射功率，保证网络的连通性和节点间链路的冗余性和可扩展性。
在拓扑管理机制下将网络中的节点划分为骨干网节点和普通节点，骨干节点是簇头节点，普通节点簇内节点。采用自适应分簇拓扑算法（LEACH算法），循环的进行簇的建立和稳定的数据通信阶段，保证各节点等概率地担任簇头，使得网络中的节点相对均衡地消耗能量。
传感器的节点由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源管理单元组成，通常采用电池供电。为使节点寿命最大化，电路、结构体系、算法、和协议等方面必须根据能量有效性进行设计系统，如果进行了系统设计，额外的能量节省可通过采用DPM技术获得。要求节点具有适度的可扩展能量特性，若用户需要，可根据传感器精度延长任务时限。在不需要时关闭设备，而必要时将其唤醒。
传感器节点之间需要遵循一个共同的时标，即时间必须同步。时间同步需要满足两两节点信息同步和降低通信时延的不确定性。实现时间同步通常采用传感器网络的时间同步协议（TPSN）。TPSN依靠在MAC层的数据包的时间戳来使时延最小化，减少误差。
无线传感器网络系统布设完后需要考虑节点定位问题。通过锚节点向网络广播信标信息，或未知节点通过与邻近的锚节点或已经知道位置信息的邻居节点之间通信，未知节点获得与其他节点的距离或跳数信息，然后根据一定的定位算法得到自身的位置信息。

一、MAC协议的分类

1. 信道数：单信道、双信道的MAC协议。
2. 信道分配方式：基于TDMA的时分复用固定式、基于CSMA的随机竞争式和混合式。
3. 节点的工作方式：侦听、唤醒和调度。
4. 控制方式：分布式执行的协议和集中控制的协议。
   二、IEEE 802.11协议
   1.IEEE 802.11 网络拓扑结构：
   （1）AdHoc网络形式（也叫点对点网络形式或独立基本服务集合）。
   是一种没有固定的、有线的基础设施构成的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。具体含义就是由若干带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时自治网络系统。
   （2）基础结构网络形式。
   又称有中心的网络，要求一个无线接入点充当中心站点，负责移动终端的管理以及协调无线与有线网络之间的通信。
   （3）扩展服务集结构形式。
   为了增大无线局域网的覆盖范围和用户数量，提供终端用户在不同区域的无缝切换，提供在有线网络中接入一个无线接入点，将无线网络连接至有线网络主干。
   2.IEEE 802.11协议MAC层的工作模式
   为了适应异步数据业务和实时业务各自不同的特点，802.11协议簇规定了两种不同的MAC层访问机制，一种是分布式协调功能（DCF），用来传输异步数据，同时也是支持PCF机制的基础。DCF机制可以应用于所有的站点，无论其拓扑结构是基本网络配置还是IBSS；另一种访问机制成为点协调机制（PCF），是可选的，它只可用于基本网络配置的拓扑结构。PCF的工作原理主要为轮询机制，即由一个点协调器来控制令牌的循环。
   三、基于竞争的MAC协议
   1.S-MAC协议
   （1）是在802.11 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传感器网络MAC协议。
   （2）采用的主要机制：周期性侦听和睡眠、流量自适应侦听机制、串音避免和消息传递。
   2.T-MAC协议
   （1）是在S-MAC协议的基础上提出的。
   （2）基本工作原理：通过采用周期性侦/睡眠工作方式来减少空闲侦听。
   （3）两种方法解决早睡问题：未来请求法发送（FRTS）和满缓冲区优先。
   四、基于时分复用的MAC协议
   1.基于分簇网络的MAC协议
   2.基于周期性调度的MAC协议
   五、平面路由协议
5. 在平面路由协议中，各个传感器节点的地位是平等的。
   优点：不存在特殊节点，路由协议的鲁棒性较好，通信流量平均地分散在网络中。
   缺点：缺乏可扩展性，限制了网络的规模。
6. Flooding and Gossiping协议
   （1） 洪泛路由协议
   洪泛路由协议是一种最早的路由协议，接收到消息的节点以广播的形式转发报文给所有的邻居节点。
   （2） 闲聊法
   是洪泛法的改进版本。为了减少资源的无谓消耗，闲聊法引入了随机发送数据的方法。
   六、层次路由协议
   1.在层次路由协议中，网络通常被划分为簇群，每个簇群由一个或多个成员组成，形成高一级的网络。在高级网络中，又可以分簇群，再次形成更高一级的网络，直至形成最高级的网络。分级结构中，簇群头节点不仅负责所管辖簇群内信息的收集和融合处理，还负责簇群间的数据转发。
   层次路由协议中每个簇群的形成通常是基于传感器节点的保留能量和簇群头节点的接近程度，同时为了延长整个网络的生存期，簇群头节点的选择需要周期更新。
   层次路由的优点：适合大规模的传感器网络环境，可扩展性较好。
   缺点：簇群头节点的可靠性和稳定性对全网性能的影响较大，信息的采集和处理也会消耗簇群头节点的大量能量。
   2.LEACH
   低功耗自适应聚类分级协议是无线传感器网络中最早提出的分层路由算法
   3.PEGASIS
   高能效采集传感器信息系统协议是在LEACH协议上提出的一种改进路由算法。