无线传感器网络(期末重点)

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无线传感器网络(期末重点)

2023-09-16 15:02| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录 com1. 无线传感器网络定义 com2. 传感器节点基本组成部分 com3. 无线传感器网络协议栈结构 com4. 无线传感器网络的实际应用举例 com5. WSN物理层工作频段 com6. WSN常见的编码调制技术 com7. 物理层非理想特性 com8. 信道接入技术:基于竞争的MAC协议、基于固定分配的MAC协议、按需分配的MAC协议 9 . SMAC协议主要思想、基本步骤 10. TMAC协议:早睡问题 11. sift协议主要思想 com12. 路由协议的基本定义、主要功能、基本分类 com13. Flooding路由协议,内爆和重叠现象的解释 com14. Gossiping路由协议 com15. SPIN协议基本思想、主要步骤 com16. DD协议的三个阶段(兴趣扩散、梯度建立和路径加强)书P32 com17. 什么是谣传路由 com18. LEACH协议的基本思想 com19. LEACH协议3个阶段(选举簇头、成簇、稳定状态) com20. 爬山算法\模拟退火\蚁群 com21. 如何解决地理信息路由算法中的局部优化和空旷域问题 com22. 基于地理位置信息的多播协议(LBM) com23. 基于地理栅格的分层路由协议 com24. 路由设计中如何减少能耗、实现网络负载均衡 com25. 连通与覆盖 com26. 常用的拓扑控制技术:功率控制技术、层次式拓扑管理技术、休眠调度技术 com27. GAF算法 com28. 最坏与最佳覆盖、最大突破路径与最大支撑路径 com29. 暴露穿越、Djikstra算法 com30. 定位的基本含义、基本分类 com31. 常用的测距方法:ToA、TDoA、RToF com32. 无需测距的定位方法:质心、DV-hop、APIT com33. 目标跟踪三个阶段:检测、定位、通告 com34. 本地时钟模型:速率恒定、漂移有界、变化有界 35. 时间同步技术:单向报文传递、双向报文交换、广播参考报文、参数拟合技术 36. TPSN协议(双向报文) 37. RBS协议(广播+统计技术) com38. 时钟同步误差来源 39. DMTS协议 com40. 常见的攻击模型 com41. 对称和非对称加密;秘钥管理分类 com42. 入侵检测技术分类 com43. 容错的概念:故障,差错,失效 com44. 空间相关性 com45. 数据存储方式

com1. 无线传感器网络定义

无线传感网是大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络、其中的节点是同构的、成本较低、体积较小、大部分节点不移动、被随意撒布在工作区域,要求网络系统有尽可能长的工作时间。

com2. 传感器节点基本组成部分

无线传感器网络微型节点由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元 4部分组成。 在这里插入图片描述

com3. 无线传感器网络协议栈结构

在这里插入图片描述

com4. 无线传感器网络的实际应用举例 目标跟踪 大鸭岛海燕监测 冰河监测 医疗健康 电子牧场 结构化监测 火山观测 智能家居 com5. WSN物理层工作频段

在这里插入图片描述

com6. WSN常见的编码调制技术 窄带调制技术 扩频调制技术 超宽带UWB调制技术 com7. 物理层非理想特性

无线传输不规则性建模 不规则性对通信的影响(有两种)

节点B正给节点C发送数据,由于无线传输的不规则性节点A侦听不到B发送的数据,如果A有包待发便会认为信道空闲而选择发射,这样就会在节点C处产生冲突 在这里插入图片描述 节点A与B握手过程中,C收不到B发送的CTS帧,而B却能收到节点C发送的数据,如果C在A与B通信过程中发送信号,即会在节点B处产生冲突。 在这里插入图片描述 com8. 信道接入技术:基于竞争的MAC协议、基于固定分配的MAC协议、按需分配的MAC协议 基于竞争的MAC协议 即节点在需要发送数据时采用某种机制随机的使用无线信道,这就要求在设计的时候必须要考虑到如果发送的数据发生冲突,采用何种冲突避免策略来重发,直到所有重要的数据都能成功发送出去。 基于固定分配的MAC协议 即节点发送数据的时刻和持续时间是按照协议规定的标准来执行,这样以来就避免了冲突,不需要担心数据在信道中发生碰撞所造成的丢包问题。目前比较成熟的机制是时分复用(TDMA)。 按需分配的MAC协议 即根据节点在网络中所承担数据量的大小来决定其占用信道的时间,目前主要有点协调和无线令牌环控制协议两种方式。 9 . SMAC协议主要思想、基本步骤

主要思想 S-MAC协议采用以下机制: ① S-MAC协议引入了周期性侦听/睡眠的方法减少空闲监听带来的能耗。 ② S-MAC协议沿用IEEE802.11的RTS/CTS机制降低碰撞几率。 ③ 通过网络分配矢量避免串音现象。 ④ 将长消息分割为若干段消息并集中突发传送,减少协议控制消息的开销。 ⑤ S-MAC协议将时间分为若干帧,每帧包括同步阶段、活动阶段和睡眠阶段。

基本步骤 1)节点首先监听一个固定的时间段,如果在该时间段内节点没有接收到邻居发来用于同步的SYNC数据包,节点马上选择一个本地默认的调度方式。同时,节点将自己的调度方式以SYNC数据包的形式进行广播,SYNC数据包的发送采用CSMA/CA机制。 2)如果节点在开始监听的固定时间段内接收到邻居发来的SYNC数据包,节点存储该调度方式信息,并采用此调度方式进行周期性监听和睡眠。 3)如果节点在开始周期性调度后接收到不同调度方式的SYNC数据包,有两种情形。如果节点只有这一个邻居,那么节点放弃自己当前的调度方式,选择新的调度方式。如果节点还有其他邻居,那节点将同时采用不同的调度方式。

优缺点 优点 : 实现简单,减少了空闲监听时间,避免了传输碰撞和串音现象,减少了协议控制开销,节省了能量开销 。 缺点:由于周期性睡眠的原因,S-MAC协议数据的延迟较大,在不同的网络负载下,尤其是负载波动剧烈的情况下算法的效率将降低。

10. TMAC协议:早睡问题

什么是早睡问题 在每个活动阶段的开始,T-MAC按照突发方式发送所有数据,其中TA决定每个M5673-A1周期最小的空闲监听时间,它的取值对于整个协议性能至关重要。相对于S-MAC.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,减少空闲监听时间。但是T-MAC协议这种通过提前结束活动周期来减少空闲监听的方法即带来了早睡问题。在单向通信的时候,假设数据的传输方向是A-*B -*C -*D。当节点A通过竞争首先获得信道的占用权,发送RTS分组给节点B,节点B反馈CTS分组。节点C收到节点B发出的CTS分组后关闭发射模块保持静默。此时,节点D可能不知道节点A和节点B正在通信,在节点A和节点B的通信结束后已处于睡眠状态,节点C只有等到下一个周期才能传输数据到节点D,这样由于节点D的早睡就造成了通信延时。

早睡问题的两种解决方案 在这里插入图片描述

未来请求发送 当节点C收到B发送给A的CTS分组后,立刻向下一跳的接收节点D发出FRTS分组。FRTS分组包括节点D接收数据前需要等待的时间长度,节点D要在休眠相应长度的时间后醒来接收数据。由于节点C发送的FRTS分组可能干扰节点A发送的数据,所以节点A需要推迟发送数据的时间。节点A通过在接收到CTS分组后发送一个与FRTS分组长度相同的DS (Data-Send)分组实现对信道的占用。DS分组不包括有用信息。节点A在DS分组之后开始发送正常的数据信息。FRTS方法提高了网络吞吐率,但是FRTS分组和DS分组也带来了额外的通信开销。

满缓冲区优先 当节点的缓冲区接近占满时,不是对收到的RTS作应答,而是立即向目标接受者发送RTS消息,并向目标节点传输数据。这个方法的优先是从根本上减小了早睡发生的可能性,而且能够控制网络的流量,缺点就是很大程度上会产生冲突。

11. sift协议主要思想

Sift协议使用了CW(竞争窗口长度)值固定的窗口,选择合适的发送概率分布,为不同的时隙在整个竞争节点集中筛选出一个发送节点。 节点选择在第r个时隙发送数据的概率Pr为: P r = ( 1 − α ) α C W 1 − α C W × α − r P_r=\frac{(1-\alpha )\alpha^{CW}}{1-\alpha^{CW}}\times\alpha^{-r} Pr​=



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