无线传感器网络 复习课

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1、无线传感器网络复习课WSN主要实现三方面功能•感知、通讯、计算(硬件、软件、算法)WSN区别于其它网络的最根本特点•大规模•自组织•动态•多跳•应用相关•以数据为中心WSN节点的体系结构及每部分功能传感器节点包括如下几个单元：传感器模块（由传感器和模数转换器组成）、处理模块（由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等）、无线收发模块（由无线通信器件组成）、以及能量供应模块，传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据；无线收发模

2、块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。节点的主要耗能单元—无线收发无线传感器网络协议栈物理层负责提供简单但健壮的调制和无线收发技术，接收和发送数据；数据链路层负责无线信道的使用控制，减少邻居节点广播引起的冲突；网络层实现数据的融合、负责路由生成与路由选择；传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。物理层内容提要1、概述2、物理层传输媒体3、频段分配4、通信信道5、调制与解调6、物理

3、层协议7、无线传感器网络物理层设计要点频段分配•ISM波段ISM波段的特点是无须申请，利于降低成本。WSN节点的工作频段•当前频段的选择大都集中在433-464MHz、900-928MHz以及2.4-2.5GHzISM波段。物理层设计需考虑指标•调制方式、工作频率、收发模式消耗电流、传输速率、发射功率、接收机灵敏度等。通信信道•自由空间信道•多径信道•加性噪声信道•实际物理信道调制与解调调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参

4、量变化中恢复原始的基带信号。调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度、相位或者频率来实现。调制过程用于通信系统的发端。在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，也就是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接受者处理和理解的过程。方式：1、模拟调制2、数字调制无线传感器网络物理层协议研究目前可以作为WSNs物理层的标准主要有两个：(1)IEEE802.15.4物理层标准(2)IEEE802.15.3a超宽带技术(很少选择)前者目前是WSNs物理层的主流技术，而后者作为一个可行的高速率的方案，是WSNs物理层的潜在

5、选择。无线MAC层协议基础WSN的MAC协议要求无线传感器网络MAC协议需要考虑：◆节省能量。◆可扩展性。◆网络效率。网络能量浪费的原因：◆数据碰撞：MAC协议采用竞争方式共享信道◆串音：节点接收并处理不必要的数据◆空闲监听：节点在不需要发送数据时一直保持对信道的监听◆控制消息过多：数据分组少，控制消息多无线MAC层协议基础两个重要的概念隐终端－Hidden-terminal显终端－Exposed-terminal基于竞争的协议S-MAC协议S-MAC协议是在802.11MAC协议基础上，针对传感器网络的节省能量需求提出的传

6、感网MAC协议。S-MAC协议假设通常情况下传感网的数据传输量少，节点协作完成共同的任务，网络内部能够进行数据的处理和融合以减少数据通信量，网络能够容忍一定程度的通信延迟。它的主要设计目标是提供良好的扩展性，减少节点能量的消耗。S-MAC协议采用以下机制：周期性侦听和睡眠：周期性侦听／睡眠的低占空比工作方式，控制节点尽可能处于睡眠状态来降低节点能量的消耗；邻居节点通过协商的一致性睡眠调度机制形成虚拟簇，减少节点的空闲侦听时间；流量自适应侦听机制：通过流量自适应的侦听机制，减少消息在网络中的传输延迟；串音避免：采用带内信

7、令来减少重传和避免监听不必要的数据；消息传递：通过消息分割和突发传递机制来减少控制消息的开销和消息的传递延迟。WSN路由协议功能定义WSN路由协议是一套将数据从源节点传输到目的节点的机制。设计目标满足应用需求低网络开销资源利用的整体有效性网络高吞吐率WSN路由协议•数据为中心路由协议–SPIN(Flooding)，DirectedDiffusion(Gradient)•分簇结构的路由协议–LEACH,TTDD•地理信息路由协议–GPSR,GEARWSN路由协议关键技术考虑因素考虑网络和节点能量优化（硬件限制）

8、具有高可扩展性（网络规模&自组织）适应强网络拓扑变化（节点移动&无线信道）传感器网络路由中使用数据融合技术（数据为中心）传感器网络中流量分布不对称（数据收集网络&多源单Sink)WSN拓扑控制•WSN拓扑控制的概述•典型的WSN拓扑控制机制1功率控制LMA/LMN/基于临近图算法2