无线传感网
无线传感网整理

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1、无线传感网(WSN)：是由一组有感知能力的传感器节点以自组织方式组成的无线网络，目的是协作的感知、收集和处理传感网所覆盖的地理区域中感知对象的信息，并传递给观察者。          无线传感网的三个要素：传感器、 感知对象和观察者
2、无线传感网结构功能    和    节点结构功能：
  传感网主要完成环境信息的检测和控制，汇集结点完成传感网的数据和管理中心的互联，主要完成数据融合，协议转换等，管理节点实现传感网的管理和控制命令操作
  感知单元完成环境数据的采集，包括传感器和AD转换器；处理单元完成节点的各种控制和数据的融合处理等，有微处理器和存储器组成；传输单元实现节点间的无线通信功能，由网络层、MAC层和无线收发组成；能源供给单元负责供给节点工作所消耗的能量，一般为小体积的电池
4、无线传感网协议栈由应用层、传输层、网络层（传输路由问题）、数据链路层（临近借点间广播的碰撞大道最低）、物理层（无线电波通信，解决调制，发送与接收技术问题），
功率管理平面、移动管理平面、任务管理平面组成。三个管理平面分别监视传感器节点之间的移动、任务分配，协调感知任务和降低总功耗。
5、无线传感网与传统无线自组网络的异同
  相同点：都是通过自组织的方式进行通信
  不同点：①节点规模：无线传感网包含的节点数量比ad-hoc网络高几个数量级。②节点密度：无线传感网节点的分布密度很大。③拓扑变化的原因：无线传感网是由节点休眠调度、环境干扰或节点故障引起；移动自组网是由节点运动引起。④节点处理能力：无线传感网十分有限；移动自组织网很强。⑤无线传感网节点主要使用广播通信，ad-hoc使用点对点通信。⑥无线传感网以数据为中心。⑦无线传感网传递信息少。
6、无线传感网节点的限制：1、电源能量有限2、通讯能力有限3、计算和存储能力有限
7、无线传感网的特点：传感网规模大、密度高；传感器节点的能量、计算能力和存储容量有限；无线传感网的拓扑结构易变化，具有自组织能力；网络的自动管理和高度协作性；传感器节点具有数据融合能力；以数据为中心的网络；安全性问题严重。
8、无线电频谱由无线电管理机构管理。无线传感网节点基本都用无需许可证的ISM波段。一半功率不能大于10mw，2.4GHz为各国共同的ISM频段，蓝牙和Zigbee都用该频段。
9、通信信道有：自由空间信道、多径信道、加性噪声信道
10、调制技术有：模拟调制（AM、FM、PM）、数字调制（ASK、FSK和PSK）、超宽带（UWB）调制（具有高传输速率、高的时间和空间分辨率、低功耗、保密性好、低成本及易于集成等特点）、扩频调制（待传送数据被伪随机编码扩频处理后，再将频谱扩展了的宽带信号在信道上进行传输；接收端采用相同的编码序列进行解调等处理后，恢复出原始信息数据）
11、近距离无线通信技术及其特点
①Zigbee：近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。完整的协议栈只有32 KB，可嵌入各设备中，支持地理定位功能，非常适合应用在无线传感器网络中。②激光：功耗比电磁波低，更安全。但只能直线传输；易受大气状况影响；传输具有方向性。③红外：点对点无线传输方式，近距离传输且要对准方向，中间不能有障碍物，
无法控制传输进度。适用于低成本、跨平台、点对点高速数据连接，特别是嵌入式系统。④蓝牙：工作在2.4 GHz频段，传输速率可达10 Mbps；缺点是传输距离只有10 m左右，完整协议栈有250 KB，不适合使用低端处理器，多用于家庭个人无线局域网，在无线传感器网络中也有所应用。⑤802.11b因为功耗高而应用不多。⑥UWB：发射信号功率谱密度低、系统复杂度低、对信道衰落不敏感、安全性好、数据传输率高、能提供数cm的定位精度等优点；缺点是传输距离只有10 m左右，隔墙穿透力不好。
12、无线传感网中能量消耗主要包括通信能耗（比重很大），感知能耗和计算能耗。
    通信能耗主要体现在：①空闲监听；②冲突重传；③控制开销；④串扰。
13、MAC协议设计中考虑方面：能量效率；可扩展性；网络效率；算法复杂度；与其他层协议的协同。
14、MAC协议分为：基于竞争的MAC协议（最主要方式）；基于调度的MAC协议（频分不能实现；码分实现困难；一般用时分）
15、基于竞争的MAC协议优点：能够较好地满足节点数量和网络负载的变化；较好地适应
网络拓扑的变化；不需要复杂的时间同步或集中控制调度算法。
16、基于时分复用的MAC协议优点：没有竞争机制的碰撞重传问题；无影藏终端问题；数据传输不需要过多的控制信息；节点在空闲时隙能够及时进入睡眠状态，适于低功耗网络。
17、时分复用的MAC过程：合理选取簇头节点；簇头节点为簇内节点分配时隙；簇内节点采集信息并发给簇头节点；簇内节点向簇头节点报告状态，簇头对其重新分配时隙；若有节点增加或减少导致拓扑变化，簇头重新分配时隙。
18、竞争型MAC：S-MAC、T-MAC、Sift协议  时分复用型MAC：DEANA、TRAMA、DMAC协议
  S-MAC（Sensor MAC）：（调度周期固定，不能适应网络流量的变化）能量效率为目标，兼顾可扩展性。①周期性睡眠和监听方法减少空闲监听的能量损耗。②当节点正在发送数据时，根据数据帧特殊字段让每个与此次通信无关的邻居节点进入睡眠状态，减少串扰带来的能量损耗。③采用消息传递机制（分片传输机制），减少控制数据带来的能量损耗
  T-MAC：在S-MAC协议的基本思想上,采用了一种自适应调整占空比的方法，通过动态调整调度周期中的活跃时间长度来改变占空比，有效降低能量消耗。但是也带来了早睡问题无线网络受限制或无连接
  Sift：是基于事件驱动的竞争型MAC协议，采用CSAMA机制，竞争窗口长度固定，在窗口内每个时隙通过非均匀概率分布来确定是否发送。特点：①网络中的数据传输由事件驱动，存在空间相关的竞争。②不是所有节点都需要报告事件。③节点的密度是时变的。
  DEANA(分布式能量感知节点活动)协议：将时间帧分为周期性的调度访问阶段和随机访问阶段。调度访问阶段由多个连续的数据传输时隙组成，某个时隙分配给特定节点来发送数据，除接收借节点外，其他节点在此时隙内处于睡眠状态。随机访问阶段由多个连续的信令交换的时隙组成，用于处理节点的添加、删除以及时间同步等。与传统TDMA协议相比，DEANA协议在数据时隙前加入了一个控制时隙，使节点在得知不需要接收数据时进入睡眠状态，从而能够部分解决串音问题。但是该协议对节点的时间同步精度要求较高。

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