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1、读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思传感网课程复习资料20XX 年1、传感网的概念：就是由部署在监测区域内，由大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器网络的三个要素：传感器、感知对象和观察者2、传感网的研究与发展：答：传感器网络的研究起步于20 实际 90 年代末期。从21 世纪开始，传感器网络引起了学术界、军界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。 1、在军事领域：美国国防部和各军事部门焦躁开始启动传感器网络的研究。2、在民用领域：美
2、国交通部1995 年提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025 年全面投入使用。 3、学术界：美国自然科学基金委员会20XX 年制定了无线传感器网络研究计划。4、我国 20XX 年起有更多的院校和科研机构加入到领域的研究工作中去。3、传感网的关键技术与特点：答： WSN 的关键技术：网络拓扑控制、网络协议、网络安全、时间同步、定位技术、数据融合、数据管理、无线通信技术、嵌入式操作系统、应用层技术。特点：大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠性网络、应用性相关的网络、以数据为中心的网络。4、传感网的主要应用领域答：军事应用，环境观测和预报系统，医疗护理，智能家居，建筑物状态监控，其他方
3、面的应用（如空间探索，智能尘埃等）。1、物理层特点：功耗分布答：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。频率分配： 由于在 6GHz 以下频段的波形可以进行很好的整形处理，能较容易地滤除不期望的干扰信号，所以当前大多数射频系统都是采用这个范围的频段。物理层设计考虑： （1）低功耗问题。 （2）低发射功率和小传播范围。（3）低占空系数问题。大多数硬件应用在大部分时间内不工作或工作于低功耗的待机状态。（4） 相对较低的数据率。一般来说每秒几十或几百kb。 （5）较低的实现复杂度和较低的成本。（6）较小的移动程度。（7）对于全部节点来说，一个较小的形状系数。2、WSN 面临
4、的挑战：答： （1）低能耗：电池供电，不能及时补充能量，如何最大化工作周期；（2）实时性：及时反映监控区域事件的变化，如交通事故报告；（ 3）低成本：节点数量大，无法回收，易于隐藏等要求节点体积小，低成本；（4）安全和抗干扰：要求节点具有很好的抗干扰性能在各种复杂环境工作，节点数据不易被截获；（5）协作：要求节点协作通信工作完成一项任务，网络协作和数据协作都是关键技术。3、物理层的通信信道：答：（1）自由空间信道； （2） 多径信道；（3）加性噪声信道； （ 4）实际物理信道。读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思4、物理层的调制解调技术: 答： (1）模拟调制：基于正弦波的调制技术无外乎对其
5、参数幅度A(t) 、频率f(t), 相位 (t)的调整。分别对应的调制方式为幅度调制（AM ） 、频率调制 (FM) 、相位调制 (PM)； （2）数字调制： 数字调制技术是把基带信号以一定方式调制到载波上进行传输。从对载波参数的改变方式上可把调制方式分成三种类型：ASK 、FSK 和 PSK； （3） UWB 通信技术超宽带 （Ultra Wide Band）无线通信技术是近年来备受青睐的短距离无线通信技术之一，由于其具有高传输速率、非常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，被认为是未来短距离高数据通信最具潜力的技术；（4）扩频通信： 按照扩展频谱的方式不同，现有的
6、扩频通信系统可以分为：直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式； 跳变频率 (Frequency Hopping) 工作方式；跳变时间(Time Hopping) 工作方式；宽带线性调频(Chirp Modulation) 工作方式；混合方式。5、物理层的主要短距离通信技术及特点。答：技术：（1)802.11:在 2.4GHz 频段使用正交频分复用（OFDM ）调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s 以上； 能够与 IEEE802.11的 Wi-Fi 系统互联互通， 可共存于同一AP 的网络里，从而保障了后向兼容性。（2）802.15.4/
7、ZigBee：低成本，低功耗，低速率。（3）超宽带：系统结构的实现比较简单；高速的数据传输；功耗低；安全性高；多径分辨能力强；定位精确；工程简单造价便宜。（4）WIFI ：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达 305 米，在封闭性区域， 通讯距离为76 米到 122 米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。 （5）蓝牙：全球范围适用，同时可传输语音和数据，可以建立临时性的对等连接， 具有很好的抗干扰能力，蓝牙模块体积很小、便于集成， 低功耗， 开放的接口标准，成本低。1、MAC 概述答：介质访问控制（medium access control，MAC ）协议决定无线信道的使用
8、方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。2、传感网的MAC 面临的问题：主要功耗分布。答：空闲监听： 因为节点不知道邻居节点的数据何时到来，所以必须始终保持自己的射频部分处于接收模式，形成空闲监听，造成了不必要的能量损耗；冲突（碰撞）：如果两个节点同时发送， 并相互产生干扰，则它们的传输都将失败，发送包被丢弃。此时用于发送这些数据包所消耗的能量就浪费掉；控制开销： 为了保证可靠传输，协议将使用一些控制分组，如RTS/CTS，虽然没有数据在其中，但是我们必须消耗一定的能量来发送它们；串扰（串音）：出于无线信道为共享介质，因此，节点也可以接收到不是到达自
9、己的数据包，然后再将其丢弃，此时，也会造成能量的耗费。3、典型的MAC 协议：竞争型，分配型，混合型。答：基于竞争的MAC 协议的类型：（ 1） 802.11MAC 协议：有分布式协调DCF 和点协调PCF两种访问控制方式；在DCF 工作方式下，节点在侦听到无线信道忙之后，采用CSMA/CD机制和随机退避时间，实现无线信道的共享。另外， 所有定向通信都采用立即的主动确认机制：如果没有收到ACK 帧，则发送方会重传数据；在 PCF 工作方式是基于优先级的无竞争访问，是一种可选的控制方式；（2）SMAC协议：采用周期性睡眠和监听方法、减少空闲监听带来的能量损耗。当节点正在发送数据时，根据数据帧特殊
10、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。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；（3）TMAC 协议提出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解决早睡问题的两种方法预请求发送机制；满缓冲区优先机制； （4） Sift 协议是基于事件驱动的MAC 协议，其特点：网络中的数据传输由事件驱动，存在空间相关的竞争。不是所有节点都需要报告事件。读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思节点的密度是时变的。基于竞争的MAC 协议有如下优点：由于基于竞争的MAC 协议是根据需要分配信道，所以这种协议能较好地满足节点
11、数量和网络负载的变化；基于竞争的MAC 协议能较好地适应网络拓扑的变化；基于竞争的MAC 协议不需要复杂的时间同步或集中控制调度算法。基于调度 (分配 )的 MAC 协议 （通常以TDMA 协议为主 ,也可采用 FDMA 或 CDMA 的信道访问方式） 采用某种调度算法将时槽/频率 /正交码映射为节点,这种映射导致一个调度决定一个节点只能使用其特定的时槽/频率 /正交码 (1 个或多个 )无冲突访问信道.因此 ,调度协议也可称作无冲突MAC 协议或无竞争MAC 协议。混合 MAC 协议： ZMAC: 采用 CSMA 机制作为基本方法，在竞争加剧时使用TDMA 机制来解决信道冲突问题4、熟悉 C
12、SMA ，SMAC,TMAC,SIFT,DMAC协议原理。答： CSMA/CD是一种分布式介质访问控制协议，网中的各个站（节点）都能独立地决定数据帧的发送与接收。每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。这时，如果两个以上的站同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这时发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。 每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突， 则应停止发送， 以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。DMAC协议 就是针对数据采集树结构提出的，目标是减少网络的能量消耗和减少数据的传输延迟。1
13、、采用交错调度机制。2、接收时间和发送时间相等，均为发送一个数据分组的时间。3、每个节点的调度具有不同的偏移，下层节点的发送时间对应上层节点的接收时间。这样，数据就能够连续的从数据源节点传送到汇聚节点，减少在网络中的传输延迟。1、ZigBee 概述答： IEEE 802.15.4 标准， 针对低速无线个人区域网络（LR-W PAN ）制定标准。该标准把低能量消耗、 低速率传输、 低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。ZigBee 标准 以 IEEE802.15.4 标准定义的物理层及MAC 层为基础，并对其进行扩展，对网络层协议和API 进行了标准化，定
14、义了一个灵活、安全的网络层，多种拓扑结构，在动态的射频环境中提供高可靠性的无线传输。2、IEEE802.15.4 与 ZigBee 协议：目标，设备类型，网络结构。答： IEEE802.15.4 目标同上， ZigBee 目标：是能够建立基于互操作平台和配置文件的可伸缩、低成本嵌入式基础架构。设备类型： ZigBee 设备 包括全功能设备和精简功能设备，其中全功能设备包括：网络协调器， FFD 设备之间以及FFD 设备与RFD 设备之间都可以通信。RFD 设备之间不能直接通信，只能与FFD 设备通信，或者通过一个FFD 设备向外转发数据。与RFD 相关联的FFD设备称为该RFD 的协调器。网络
15、结构：网络协调器星型网络网络协调器点对点网络全功能设备精简功能设备通信信道读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3、CC2420 与 CC2430 的区别答： CC2420 和 CC2430 都是 TI 的第一代ZIGBEE 芯片， CC2420 只是一个收发器，不带处理功能，而CC2430 集成了 CC2420 的无线功能和一个增强的8051 处理器。它们的第二代替代芯片分别是CC2520 和 CC2530。CC2430 和 CC2420 射频参数相同， CC2430 具有 51 单片机核；发射功率0dbm； 接收灵敏度小于-110dbm 左右；工作频点：2.4GHz； 支持 zigbee2
16、003，2006 协议。4、ZigBee 物理层规范。PHY (MHz) 频段（MHz ）序列扩频参数数据参数片（ chip）速率（ kchip/s）调制方式比特速率（kbps）符号速率（ksymbol/s ）符号（symbol）868/915 868868.6 300 BPSK 20 20 二进制902928 600 BPSK 40 40 二进制2450 24002483.5 2000 O-QPSK 250 62.5 十六进制1、概述 ：路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它主要包括两个方面的功能：寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径正确转发。2、 平面结构路由协议（以数据为中心） 平面结构是指网络中各节点在路由功能上地位相同，没有引入分层管理机制。（补充：优点：网络中没有特殊节点，网络流量均匀地分散在网络中，路由算法易于实现。缺点：可扩张性小，在一定程度上限制了网络的规模。典型路由： Flooding,Gossiping,SPIN,DD ，Rumor）（1）洪泛算法Flooding 协议：由槽节点发起数据广播，然后任意一个收到广播的节点都无条件
