WSN 无线传感器网络复习提纲 整理版3.0

WSN 无线传感器网络复习提纲 整理版3.0
WSN 无线传感器网络复习提纲 整理版3.0

1.2 Application examples

1.4 Application examples

1.disaster relief applications

2.environment control and biodiversity mapping

3.intelligent buildings

4.facility management

5.machine surveillance and preventive maintenance

6.percision agriculture

7.medicine and health care

8.logistics

9.telematics

understand the challenges of WSNs:1.4

WSN的挑战性

1.4 challenges for WSNs

1.4.1characteristic requirements:要求的特性

1.Type of service

2.Quality of Service

3.Fault tolerance

4.Lifetime

5.Scalability

6.Wide range of densities

7.Programmability

8.Maintainability

1.4.2required mechanisms:要求机制

Some of the mechanisms that will form typical parts of WSNs are:

1.Multihop wireless communication

2.Energy-efficient operation

3.Auto-configuration

4.Collaboration and in-network processing

5.Data centric

6.Locality

7.Exploit trade-offs

understand the differences between WSNs and other networks:

1.5 为什么说传感器是不同的

1.5Why are sensor networks different?

1.5.1Mobile ad hoc networks and wireless sensor networks

(移动Ad hoc网络与无线传感器网络)

1.Applications, equipment: MANETs more powerful (read: expensive)

equipment assumed, often “human in the loop”-type applications, higher

data rates, more resources

2.Application-specific: WSNs depend much stronger on application specifics;

MANETs comparably uniform

3.Environment interaction: core of WSN, absent in MANET

4.Scale: WSN might be much larger (although contestable)

5.Energy: WSN tighter requirements, maintenance issues

6.Dependability/QoS: in WSN, individual node may be dispensable (network

matters), QoS different because of different applications

7.Data centric vs. id-centric networking

8.Mobility: different mobility patterns like (in WSN, sinks might be mobile,

usual nodes static)

1.5.2Wireless fieldbuses and WSNs(现场总线与无线传感器网络)Differences:

1.Scale – WSN often intended for larger scale

2.Real-time –WSN usually not intended to provide (hard) real-time

guarantees as attempted by fieldbuses

understand the enabling technologies for WSNs application

1.6无线传感器网络的技术要求

1.miniaturization of hardware

2 processing

https://www.360docs.net/doc/8315560028.html,munication

1.2 Application examples:应用领域

Disaster relief applications, Environment control and biodiversity mapping, Intelligent buildings, Facility management, Machine surveillance and preventive maintenance, Precision agriculture, Medicine and health care, Logistics, Telematics.

1.3types of application:区分应用类型

1.Event detection

2.Periodic measurements

3.Function approximation and edge detection

4.Tracking

第二章:2.1.1,2.1.4,2.1.5,p37,43,2.2.5,2.3.2,2.3.5,

Basic requirement:

master the hardware components of sensor nodes

2.1节点的硬件组成

2.1 hardware components: 硬件组成部分

?Main components of a WSN node

?Controller

?Communication device(s)

?Sensors/actuators

?Memory

?Power supply

2.1.4 communication device

Transceiver operational states:收发机的四个状态

?Transceivers can be put into different operational states, typically:

?Transmit -- In the transmit state, the transmit part of the transceiver is active and the antennaradiates energy.

?Receive -- In the receive state the receive part is active.

?Idle– ready to receive, but not doing so

?Some functions in hardware can be switched off, reducing

energy consumption a little

?Sleep– significant parts of the transceiver are switched off

?Not able to immediately receive something

?Recovery time and startup energy to leave sleep state can be

significant

无线传感器的微控制器也有三个状态(活跃期,空闲期,睡眠期),两者有区别!

2.1.5sensors: 传感器的分类

Passive, omnidirectional sensors被动全向传感器温湿度传感器等

Typical examples for such sensors include thermometer, light sensors, vibration microphones, humidity, mechanical stress or tension in materials,

chemical sensors sensitivefor given substances, smoke detectors, air

pressure, and so on.

●Passive, narrow-beam sensors被动、窄束照相机等

A typical example is a camera, which can “take measurements”in a given

direction, but has to be rotated if need be.

●Active sensors主动雷达声呐等

For example, a sonaror radar sensor or some types of seismic sensors, which generate shock waves by smallexplosions.

understand the energy consumption of component module

2.2 energy consumption of sensor nodes

注意区分每一个硬件部分的能量分析,哪一部分是比较针对微控制器的能量分析(whether put into sleep mode should be taken to reduce power consumption)、哪一部分是比较针对收发机、哪一部分是比较针对计算传输等

节约能量时会用到:

调整控制器的功率消耗时DVS

收发机能耗,与调制结合,DMS(动态调制调整)(从DVS出发的)

DCS动态码调整

DMCS动态调制码调整

计算和通信之间能量消耗的关系

a controller, typical states are “active”, “idle”, and “sleep”; a radio modem could turn transmitter,receiver, or both on or off; sensors and memory could also be turned on or off. The usual terminologyis to speak of a “deeper” sleep state if less power is consumed。

耗能主体1.controller 2.radio frontends 3.memory

2.2.3 Memory 存储器

On-chip memory of a microcontroller and FLASH memory

2.3 节点的操作系统与运行环境

2.3 Operating systems and execution environments

无线传感器网络OS基于事件的,而非基于进程的

Operating system: Event-based programming 基于事件

Protocol stacks : component-based 基于部件

Typical OS: Tiny OS

Event-based programming

The idea is toembrace the reactive nature of a WSN node and integrate it into the design of the operatingsystem. The system essentially waits for any event to happen, where an event typically can be theavailability of data from a sensor, the arrival of a packet, or the expiration of a timer. Such anevent is then handled by a short sequence

of instructions that only stores the fact that this eventhas occurred and stores the necessary information –for example, a byte arriving for a packet or thesensor’s value –somewhere. The actual processing of this information is not done in these eventhandler routines, but separately, decoupled from the actual appearance of events. This event-basedprogramming [353] model is sketched in Figure 2.8.

understand properties of different nodes.

2.4 传感器节点的一些例子

第三章选、判、填

Basic requirement:

understand the Sensor network scenarios

3.1 传感器网络工作场景

3.1.1 types of sources and sinks(信宿)

A source is any entity in the network that can provide information, this is, typically a sensor node; it could also be an actuator node that provides feedback about an operation.

A sink is entity where information is required. It belong to the sensor network ; be just another sensor/actuator node; be an entity outside this network.

3.1.2 Multihop networks

Because of this limited distances. Store and forward.障碍物obstacle

3.1.4 three types of mobility

Node mobility: the wireless sensor nodes themselves can be mobile. environmental control will not happen.

Sink mobility: the information sinks can be mobile. While this can be a special case of node mobility. The important aspect is the mobility of an information sink that is not part of the sensor network.

Event mobility: In applications like event detection and in particular in tracking applications, the cause of the events or the objects to be tracked can be mobile.

master the design principles of WSNs:

3.3 WSN设计原则

3.3 Design principles for WSNs

Appropriate QoS support, energy efficiency, and scalability are important design and optimizationgoals for wireless sensor networks.

在构建WSN结构时的设计原则:

●分布式组织Distributed organization

●网络内部处理自适应的保真度与精度In-network processing Adaptive fidelity and

accuracy

●以数据为中心data centricity

●利用位置信息Exploit location information

●利用主动模式Exploit activity patterns

●利用多样性Exploit heterogeneity

●基于部件的协议栈与层的优化Component-based protocol stacks and cross-layer

oprimization

分布式组织,

3.3.1 Distributed organization

Both the scalability and the robustness optimization goal, and to some degree also the other goals,make it imperative to organize the network in a distributed fashion. That means that there shouldbe no centralized entity in charge –such an entity could, for example, control medium access ormake routing decisions, similar to the tasks performed by a base station in cellular mobile networks.The disadvantages

of such a centralized approach are obvious as it introduces exposed points offailure and is difficult to implement in a radio network, where participants only have a limitedcommunication range. Rather, the WSNs nodes should cooperatively organize the network, usingdistributed algorithms and protocols. Self-organization is a commonly used term for this principle.

When organizing a network in a distributed fashion, it is necessary to be aware of potentialshortcomings of this approach. In many circumstances, a centralized approach can produce solutionsthat perform better or require less resources (in particular, energy). To combine the advantages,one possibility is to use centralized principles in a localized fashion by dynamically electing, outof the set of equal nodes, specific nodes that assume the responsibilities of a centralized agent, forexample, to organize medium access. Such elections result in a hierarchy, which has to be dynamic:The election process should be repeated continuously lest the resources of the elected nodes beovertaxed, the elected node runs out of energy, and the robustness disadvantages of such –even onlylocalized –hierarchies manifest themselves. The particular election rules and triggering conditionsfor reelection vary considerably, depending on the purpose for which these hierarchies are used.

网内处理:

3.3.2 In-network processing网络内部处理

1.Aggregation

2. distributed source coding and distributed compression

3. distributed and collaborative signal processing

4. mobile code/Agent-based networking

Distributed source coding and distributed compression

聚合aggregation 搞清原理网内信息处理

Aggregation P68

3.3.4 Data centriciy

1. address data, note nodes

2. Implementation options for data-centric networking

1.Overlay networks and distributed hash tables(peer-to-peer)

2.publish/subscribe Any node interested in a given kind of data can subscribe to it,

and any node can publish data, along with information abut its kind as well.

3.Databases(数据库)

understand the gateway concepts.

3.5 网关的概念

3.5 Gateway concepts

provides the physical connection to the Internet提供物理连接

regard a gateway as a simple router between Internet and sensor network

因特网与传感器网络之间的简单路由

第四章物理层

master the wireless channel and communication fundamentals,

4.2 无线信道的通信基础

4.2.1 Frequency allocation

Frequency band ISM

433-464MHz Europe

902-928MHz Americas

2.4-2.5GHz WLAN/WPAN

5.725-5.875GHz WLAN

4.2.2 区分symbol rate 和data rate

●Symbol rate

●The symbol rate is the inverse of the symbol duration; for binary modulation, it

is also called bit rate.

Data rate

The data rate is the rate in bit per second that the modulator can accept for transmission;it is thus the rate by which a user can transmit binary data. For binary modulation, bit rateand data rate are the same and often the term bit rate is (sloppily) used to denote the datarate.

4.2.3 path loss and attenuation 路径损耗和衰减

Wireless waveforms propagating through free space are subject to a distance-dependent loss of power, called path loss. Attenuation because of transmitted in some media, not in the vacuum.

P97 WSN信道模型

WSN-specific channel models

Since in addition the data rates are moderate, it is reasonable to expect frequency nonselective fading channels with noise and a low-to-negligible degree of ISI. Accordingly, no special provisions against ISI like equalizers are needed.典型的信道模型:频率非选择性衰弱信道,并且可以忽略符号间干扰

4.2.3 Wave propagation effects and noise

4.2.4 channel models

understand physical layer and transceiver design

considerations in WSNs.

4.3WSN物理层和收发机设计考虑

4.3.1

能量使用的特点(作业):辐射的能量的影响;发射能量和接收能量的比较;启动能量、启动时间

●the radiated energy is small;the overall transceiver (RF front end and baseband

part) consumes much more energy than is actually radiated辐射能量较小。

●for small transmit powers the transmit and receive modes consume more or less

the same power;it is even possible that reception requires more power than transmission; depending on the transceiver architecture, the idle mode’s power consumption can be less or in the same range as the receive power。基本相同●startup energy/startup time,a transceiver has to spend upon waking up from

sleep mode。Startup energy/time penalty can be high

4.3.3 Dynamic modulation scaling 108页

动态调制调整:原理

如果增加B和m的值,比特延迟会减小,每个比特的能量消耗主要取决于m,与B也有关,事实上,对于特别的参数选取,已经表明,当符号率最大时,每个比特消耗的能量和每个比特的延迟是最小的。分组数增加,m增加

Antenna

第五章

Basic requirement:

master the fundamentals of MAC protocols

5.1 无线MAC协议的基础知识

113 隐藏终端、暴露终端

The hidden-terminal problem occurs specifically for the class of Carrier Sense MultipleAccess (CSMA) protocols, where a node senses the medium before starting to transmit a packet.

Using simple CSMA in an exposed terminal scenario thus leads to needless waiting.

5.1.2 114页MAC协议的分类

●固定配置协议Fixed assignment protocols

●按要求配置协议demand assignment protocols

●随机接入协议random access protocols

116 解决隐藏终端的手段2个

●the busy-tone solution忙音技术

●the RTS/CTS handshake握手技术

5.1.2 important classes of MAC protocols

1.Fixed Assignment protocols 固定配置协议TDMA FDMA CDMA SDMA(不能)

2.Demand assignment protocols 按需分配的协议LEACH

3.Random access protocols 随机接入协议ALOHA slotted ALOHA(higher through put) CSMA Nonpersistent CSMA backoff algorithm busy-tone solution 解决了隐藏终端和暴露终端的问题,与数据传输距离相同之处能侦听到忙音信号。

RTS/CTS握手方法基于WACAW协议一个信道两个控制分组

RTS请求发送CTS清除发送Data数据Ack确认将一个较大的分组拆分为几个较小的分组保证cts比rts长

119 5.1.3

MAC层的能量问题

?Collisions碰撞– wasted effort when two packets collide

fixed assignment/TDMA or demand assignment protocols,CSMA protocols

?Overhearing偷听– waste effort in receiving a packet destined for another node ?Idle listening空闲监听– sitting idly and trying to receive when nobody is sending TDMA-based protocols

?Protocol overhead协议开销Protocol overhead is induced by MAC-related control frames like, for example,RTS and CTS packets or request packets in demand assignment protocols,

understand the low duty cycle protocols and wakeup concepts,

5.2低占空比协议与唤醒的概念

每个协议针对能量问题的算法的区分,最突出,最不同的点

S-MAC

SMACS

占空比=侦听阶段/唤醒周期

Avoid spending much time in the idle state and to reduce the communication activities of a sensor node to a minimum.

大部分时间处于休眠状态并周期性的被唤醒来接收来自其他节点的分组periodic wakeup 周期性唤醒掌握发送目标的监听时段

5.2.4 wakeup radio concepts无线唤醒的概念

节点发送或者接受或者休眠不存在空闲状态FDMA低功耗唤醒收发机处于经常工作的状态信道空闲收到唤醒信号唤醒数据收发机有通信量自适应功能负载增加MAC越来越活跃

understand contention and schedule based protocols, 5.3 基于竞争的协议

5.3

哪些是基于竞争的协议contention-based ALOHA、CSMA

哪些基于调度表协议schedule-based LEACH SMACS TRAMA

哪些基于分配的协议

5.4 基于时间的协议

5.4.1

LEACH 自适应的低功耗的分簇算法LEACH协议将一个基于TDMA的MAC协议与聚类协议和一个简单的“路由”协议集成在一起分簇簇头节点负责确定和维护TDMA时间表对成员节点分配TDMA时隙能量消耗大每个成员节点轮流担任簇头节点簇头节点在网络节点中所占的百分比是一个有用的网络参数

重点

CSMA

RPS

CTS

master the IEEE 802.15.4 MAC protocol.

5.5.1

Network architecture and types/roles of nodes

一个标准的MAC层分为两种不同的节点

1.全功能设备FFD PAN网络协调器简单协调器设备三种功能

2.精简功能设备RFD 只用作设备

一个设备必须与一个协调器一起工作并仅与其进行通信构成一个星状网络协调器可以工作于对等模式

协调器完成四个任务

超帧的结构IEEE 802.15.4

活跃时段不活跃时段

信标竞争介入时段保障时隙

节点在CAP时段必须发送数据分组或管理控制分组时采用Slotted CSMA-CA protocol CSMA protocol

区别不包含关于隐藏终端的规定使用随机延迟使用带有碰撞避免的CSMA协议回退时段Basic requirement:

understand the role and significance of the time synchronization problem,

8.1 理解时间同步问题的概念和意义

202 各个时间的概念

物理时间大多数应用和协议都要求物理时间

逻辑时间分布式系统中事件发生的顺序关系

●physical time = wall clock time, real-time, coordinated universaltime (UTC)

●logical time:allows to determine the ordering of events in a distributed system

but does not necessarily show any correspondence to real time

8.1.2 Node clocks and the problem of accuracy 203

?External synchronization:

?synchronization with external real time scale like UTC

?Nodes i=1, ..., n are accurate at time t within bound d when|L i(t) – t|

?No external timescale, nodes must agree on common time

?Nodes i=1, ..., n agree on time within bound d when |L i(t) – L j(t)|

?Metrics:

?Precision: maximum synchronization error for deterministic algorithms, error mean / stddev / quantiles for stochastic ones

?Energy costs, e.g. # of exchanged packets, computational costs

?Memory requirements

?Fault tolerance: what happens when nodes die?

8.2基于发送/接收的时间同步协议

8.2 Protocols based on sender/receiver synchronization 207 基于

公共步骤1.成对同步 2.全网同步

Lightweight time synchronization protocol LTS

比对同步协议完成两个相邻节点的同步

建立一个从参考节点到所有节点的层次最少的生成树

发送接收的同步计算方法计算题作业

分布式多跳LTS 不需要构造生成树每个节点需要知道许多参考节点并沿着适当的路径到达他们这些参考节点的责任就是周期性的启动再同步

8.2.3 Time-Sync for sensor networks TPSN

非对称i可以与j但是反过来不行

8.3基于接收/接收的时间同步协议

8.3.1 Reference broadcast synchronization(RBS)参考广播同步

多跳范围内的网络同步

Network synchronization over multiple hops

多广播域RBS 不断变换时间确保最后到达信宿的时间是准确的以UTC时间表示

Basic requirement:

understand the properties of localization and positioning procedures,

9.1 9.2 WSN定位网络的特点和方法

9.1 Properties of localization and positioning procedures

●Physical position versus symbolic location

●Absolute versus relative coordinates

●Localized versus centralized computation

●Accuracy and precision

Accuracy:估计值与实际值的最大距离

Precision:达到准确性的百分比

●Scale

●Limitations

●Costs

9.2定位的三种方法Possibleapproaches

1. Proximity 利用相邻节点的信息进行定位

2.Trilateration and triangulation 三边定位和三角定位

Determiningdistances

三种测距方法RSSI TOA TDOA

3.Scene analysis情景分析

9.3Mathematical basicsfor the lateration problem 测边定位

understand the differences between the single-hop and multihop localizations,

9.49.5 单跳定位与多跳定位的区别

9.4.6 Approximate point in triangle近似三角形内点测试法

对于所有的邻居节点,如果三个顶点到邻居节点的距离没有同时更近或更远,那么未知节点在三角形内,否则在三角形外。

understand the impact of anchor placement.

9.5

DV HOP:9.5.2 P245

?Count number of hops, assume length of one hop is known (DV-Hop) ?Start by counting hops between anchors, divide known distance

?If range estimates between neighbors exist, use them to improve total length of route estimation in previous method (DV-Distance)

计算任何两个锚节点的跳数并用总长度除以总跳数来估算单跳的平均长度,每个锚节点都计算单跳平均长度并向网络中广播,未知节点利用平均单跳长度来估计多跳距离,然后利用多边交叉法定位。

9.6 锚节点的配置对定位的影响

概念

递进式Iterative multilateration

?Assume some nodes can hear at least three anchors (to perform triangulation), but not all

?Idea: let more and more nodes compute position estimates, spread position knowledge in the network

?Problem: Errors accumulate

协作式collaborative multilateration

递进式可能产生2个解participating nodes

10.1拓扑控制算法

以G=(V,E)代表网络V是网络中所有节点的集合当且仅当v1 v2有直接通信时,边Ev1-v2存在区分主干网络和分簇式网络采用骨干节点来限制网络拓扑结构普通节点和骨干节点之间只有一跳

利用簇来划分一个图和骨干节点不同的是,每一个簇都是分开的

P263 双向联通的最小最大功率的集中式算法

最小发射功率的连通性贪婪算法

逐渐增大发射功率找到最小发射功率继续增大,剔除每个节点最大发射功率的边P266 采用控制集的层次型网络

P267 growinga tree dominating sets

随机选取一个白色节点涂成灰色,如果灰色节点的邻居节点有白色,则升级他们为黑色节点,并将其邻居节点改为灰色。

P271 Marking nodes with unconnected neighbors

●A nonoptimal connected dominating set construction

●Two pruning heuristics 修剪启发式算法

10.4 Hierarchical networks by clustering 分簇式层次型网络见PPT ?Construct clusters

?Partition nodes into groups (“clusters”)

?Each node in exactly one group

?Except for nodes “bridging” between two or more groups

?Groups can have clusterheads

?Typically: all nodes in a cluster are direct neighbors of their clusterhead

?Clusterheads are also a dominating set, but should be separated from each other – they form an independent set

?Formally: Given graph G=(V,E), construct C ? V such that

10.6.1 Geographic Adaptive Fidelity(GAF)基于地理位置的拓扑算法

任意两个节点可以互相代替

11.1 路由协议的功能和目标

11.3 能量高效型单播

根据不同的能效目标计算路由路径

?Minimize energy/bit: A-B-E-H

?Maximum total available battery capacity

?Path metric: Sum of battery levels

?Example: A-C-F-H

?Minimum battery cost routing

?Path metric: Sum of reciprocal battery levels

?Example: A-D-H

1.每个分组的最小能量

2.网络生存周期最长(选用可用电池能量最高的路径)

3.最大总可用电池容量

4.最小电池消耗路由选择

5.最小-最大电池消耗路由

11.3.4 multipath unicast routing 多路径单播路由建立能量高效的辅助路径

一些简单的转发策略

1.在r内向最远处转发

2.向最近的节点转发

3.定向路由

4.死胡同问题解决:GPSR 右手法则重建贪婪路由基于平面

5.受限泛洪

11.4 广播与多播

11.4.1 Broadcast & multicast

?Distribute a packet to all reachable nodes (broadcast) or to a somehow (explicitly) denoted subgroup (multicast)

?Basic options

?Source-based tree: Construct a tree (one for each source) to reach all addressees

?Minimize total cost (= sum of link weights) of the tree

?Minimize maximum cost to each destination

?Shared, core-based trees

?Use only a single tree for all sources

?Every source sends packets to the tree where they are distributed ?Mesh

?Trees are only 1-connected ! use meshes to provide higher redundancy and thus robustness in mobile environments

P310 Broadcast incremental power (BIP)功率递增广播

?How to broadcast, using the wireless multicast advantage?

?Goal: use as little transmission power as possible

?Idea: Use a minimum-spanning-tree-type construction (Prim’s algorithm)

?But: Once a node transmits at a given power level & reaches some neighbors, it becomes cheaper to reach additional neighbors

13.1 WSN的传输层和服务质量

understand the conditions of reliable data transportation, 13.3可靠数据传输

Guaranteed versus stochastic delivery,

可靠传递所有期望的传输分组到达目的地

随机传递允许存在一定程度的损失

13.4.1usinga single path

1.who detectslosses and what are the indicators used

2.who requests retransmissions

3.who carries out these retransmissions

13.5 Block delivery

Handing an out-of-order packet

13.6拥塞控制和数据率控制

402 congestion 拥塞控制的概念和处理方法

Congestion handling

?Option 1: Drop packets

?No alternative anyways when buffers overflow

?Drop tail, random (early) drop (for TCP), …

?Better: drop semantically less important packet ?Option 2: Control sending rateof individual node

?Rate of locally generated packets

?Rate of remote packets to be forwarded —backpressure ?Option 3: Control how many nodes are sending

?Option 4: Aggregation, in-network processing

404 图13.27

无线传感器网络整理

1.无线传感器节点一般包括那三种组件无线模块、传感模块、可编程模块 2.ZigBEE标准定义了哪几种传输方式?周期数据传输、间歇性数据传输、重复低时延传输 3.无线传感器网络概念无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种全新的信息获取平台,能够实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息,并将这些信息发送到网关节点,以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪,具有快速展开,抗毁性强等特点,有着广阔的应用前景。 4. 传感器网络的三个基本要素:传感器,感知对象,观察者 5.传感器网络的基本功能协作地感知、采集、处理和发布感知信息 6.LoWPAN提出了哪四类栈头?广播栈头、mesh栈头、分片栈头、包头压缩栈头 7.在WSN中,传感器节点具有数据源和路由器的双重角色。因此通信有两个执行的依据:数据源功能、路由功能。 8.传感器节点;功能:采集、处理、控制和通信等;网络功能:兼顾节点和路由器;资源受限:存储、计算、通信、能量 Sink节点功能:连接传感器网络与Internet等外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,发布管理节点的监测任务,转发收集到的数据。特点:连续供电、功能强、数量少等 9.无线传感网的基本特点1传感器节点体积小,能量有限2传感器节点计算和存储能力有限3通信半径小,带宽低4传感器节点数量大且有自适应性5无中心和自组织6网络动态性强7以数据为中心的网络10.无线传感器网络面临的挑战主 要体现:低能耗、实时性、低成本、 安全和抗干扰,协作 1无线传感器网络的主要应用领域: 1.军事应用 2.环境应用 3.医疗应 用家庭应用工业应用6.智慧城市 1简述影响传感网设计的因素有哪 些?A. 硬件限制、B.容错(可靠 性)、C. 可扩展性、D. 生产成本、 E. 传感网拓扑、 F. 操作环境(应 用)、G. 传输媒介、H. 能量消耗(生 命周期) 2.无线传感设备有哪几个基本部件 组成的?每个部件的主要作用是什 么?传感单元:感应单元具有从外 界收集信息的能力。根据观察到的 现象,传感器产生模拟信号,然后 被ADC转换成数字信号,送入处理 单元。处理单元:控制传感器节点 执行感知操作、运行相应的算法并 控制与其他节点无线通信的整个过 程。收发机单元:实现两个传感器 节点间的通信。能量单元:为传感 器节点的每个部件供电。定位系统: 提供传感器节点的物理位置。移动 装置:与传感单元协作,完成操作, 并由处理单元控制传感器节点的移 动。供能装置:热能、动能和振动 能量的能源采集技术来产生能量。 3.无线传感器网络预部署策略应满 足那些需要?(1)、减少安装成本 (2)、消除任何预组织与预计划的 成本(3)、增加组织的灵活性(4)、 提升自组织与容错性能 4.对于一个收发机而言,数据通信 功耗简单模型有哪几部分构成?发 射机输出的功率、收发机电子器件 消耗的能量 5.请写出发射机和接收机简化能量 模型的功耗计算公式。 n am p elec tx tx d k e k E d k? ? + ? = - ) , ( E k E k E elec rx rx ? = - ) ( 7. 源节点与Sink节点相距500米, 节点的广播半径为10米,那么将1 Mbit 的数据从源节点传输到Sink 节点处,使用能量简化模型,需消 耗多少能量?(假定所有邻居节点 均能偷听(overhearing )到每个 节点的广播。) 1.物理层的主要任务是什么?物理 层能实现哪些功能?物理层的主要 任务:将比特流转换成适合在无线 信道中传输的信号物理层的主要功 能如下:①为数据终端设备(Data Terminal Equipment,DTE)提供传 送数据的通路。②传输数据。③其 他管理工作。 2.WSN RF通信的主要技术包括哪 些?窄带通信、扩频和超宽带 (UWB)技术 3.简述窄带通信最不适用于WSN 的原因是什么?主要原因在于该技 术是以牺牲能量效率来换取宽带效 率的。最主要的是随着调制级数的 增加,带宽效率缓慢提高但能量效 率显著下降。 4.简述RF 无线通信中,发送端和 汇聚节点传播信息的步骤。1、信源 编码(数据压缩):在发送端,用信 源编码器对信源进行编码,信源编 码就是根据信息的统计特性用一些 信息位表示信息源,组成源码字。 信源编码同时包含了数据压缩。2、 信道编码(差错控制编码):信道编 码器对源码字进行编码以减少无线 信道差错对信源产生的影响,信道 编码包括差错控制编码。3、交织和 调制:经过信道编码的码字进行交 织来抑制突发错误,交织技术可以 避免大片连续误比特的情况。4、无 线信道传播:传输波形在信道中传 播。 5.请解释分组码表示的码组各个参 数的含义。分组码的码组(n,k,t) n是分组长度、k是信息长度、t是 最大纠错位数。

无线传感器网络原理及方法复习题

1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理 CSMA/CA机制: 当某个站点(源站点)有数据帧要发送时,检测信道。若信道空闲,且在DIFS时间内一直空闲,则发送这个数据帧。发送结束后,源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧,还需要等待SIFS时间,然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧,则说明没有发生冲突,这一帧发送成功。否则执行退避算法。 2.802.11无线LAN提供的服务有哪些? ?802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务,这些服务分为两类,5种分布式服务和4种站服务。 分布式服务涉及到对单元(cell)的成员关系的管理,并且会与其它单元中的站点进行交互。由AP提供的5种服务将移动节点与AP关联起来,或者将它们与AP解除关联。 ?⑴建立关联:当移动站点进入一个新的单元后,立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。 AP可以接受或拒绝移动站点的加入。如果移动站点被接受,它必须证明它自己的身份。 ?⑵解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联,从而中止它们之间的关系?⑶重建关联。站点可以使用该服务来改变它的首选AP 。 ?⑷分发。该服务决定如何将发送到AP的帧发送出去。如果目的站在同一个AP下,帧可以被直接发送出去,否则必须通过有线网络转发。 ?⑸集成。如果一个帧需要通过一个非802.11网络(具有不同的编址方案或帧格式)传输,该服务可将802.11格式转换成目的网络要求的格式 站服务4种站服务用于管理单元内的活动。 ?⑴身份认证。当移动站点与AP建立了关联后, AP会向移动站点发送一个质询帧,看它是否知道以前分配给它的密钥;移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧,然后发回给AP ,就可以证明它是知道密钥的;如果AP检验正确,则该移动站点就会被正式加入到单元中。 ?⑵解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时,需要解除认证。 ?⑶保密。处理加密和解密,加密算法为RC4。 ⑷数据传递。提供了一种数据传送和接收方法 3.简述无线传感器网络系统工作过程 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息,并报告给用户 4.为什么无线传感器网络需要时间同步,简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理? 在分布式的无线传感器网络应用中,每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差,以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差, RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号,然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大

无线传感器网络的特点

无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息,在监测区域通常部署大量传感器节点,传感器节点数量可能达到成千上万,甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义:一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内,如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测,需要部署大量的传感器节点;另一方面,传感器节点部署很密集,在一个面积不是很大的空间内,密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点:通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比;通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度,降低对单个节点传感器的精度要求;大量冗余节点的存在,使得系统具有很强的容错性能;大量节点能够增大覆盖的监测区域,减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中,通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定,节点之间的相互邻居关系预先也不知道,如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中,或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力,能够自动进行配置和管理,通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传

感器网络使用过程中,部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效,也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中,这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少,

从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变:①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效;②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化,甚至时断时通;③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性;④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化,具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域,传感器节点可能工作在露天环境中,遭受太阳的暴晒或风吹雨淋,甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署,如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固,不易损坏,适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大,不可能人工“照顾每个传感器节点,网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要,要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此,传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。

无线传感器WSN期末报告

考查课程报告 课程名称:无线传感器网路 设计题目:无线传感器网络时间同步技术 学院:信息工程与自动化学院 专业:计算机科学与技术 年级: 2010级 学生姓名: 指导教师:冯勇 日期: 2012-12-25至 2013-1-1 教务处

目录 目录……………………………………………………................ (1) 摘要……………………………………………………................ (2) 1、背景 (2) 2、概述(包括定义、功能、分类方法等) (2) 3、有代表性的协议(或算法) (3) 4、对各种时间同步算法的比较 (9) 5、总结................................................................... (11)

无线传感器网络时间同步技术 201010405227 孙正逵 摘要 无线传感器时间同步技术是无线传感器网络的一项重要技术,它对无线传感器网络中许多技术的实现具有重大意义。有限的电池能量,存储以及带宽限制等传感器固有特性的存在,导致传统的时间同步算法不适合无线传感器网络。具体介绍了现有的无线传感器中的一些时间同步问题和时间同步算法,并对其具体特性进行了深入的分析比较。 1、背景 近年来,无线传感器网络得到了快速的发展,无线传感器网络实用与战场通信、抢险救灾和公共集会等突发性、临时性场合。保持节点之间时间上的同步在无线传感器网络中非常重要,它是保证无线传感网络中其他通信协议的前提,如可靠的数据融合,精确的目标跟踪,低功耗MAC协议的设计,无线传感网络中大部分节点在没有工作的情况下都是处于休眠状态,只有在需要的情况下才处于激活状态,以及整个网络中为了保证数据可靠的传输,减少数据碰撞,在MAC层可直接采用TDMA机制,通过节点子节点个数动态分配时隙,而这些的实现,就必须保持节点之间的同步,因此高效的同步机制就成了低功耗MAC协议设计的前提。 2002年,Elson等人在HotNets这影响未来网络研究发展方向的国际权威学术会议上首次提出无线传感器网络时间同步的研究课题以来,得到了国内外研究学者的高度重视,目前也有相当多的研究成果被提出来,并且单跳误差也控制在了微妙级,功耗也相当较低,可以符合大部分的环境需求。NTP协议是目前因特网上采用的时间同步协议标准,虽然精度高,当该协议的前提是网络中的链路失效非常小,整个网络采用的是稳定的拓扑结构,功耗大,采用的是有线传输,显然不适合于功耗、成本受限制的,结构不稳定的无线传感网络中。GPS系统也可以提供高精度的时间同步,但它的信号穿透性差,GPS天线必须安装在空旷的地方,还有功耗较大,成本高,所以不适合于无线传感网络中。目前关于无线传感网络的同步机制研究中,主要有集中式同步机制,以及分布式一致同步机制,因有集中式同步机制采用的是首先由根节点发起的拓扑生成树阶段,在同步阶段,则采用相应的同步机制进行同步,节点只能与上一级节点同步,无法与根节点直接同步,必然导致单跳累加的影响,整个网络的拓扑性差,全网同步收敛速度慢。随着无线传感网络规模的不断扩大,节点体积不断缩小,集中式同步机制的运用越来越受到限制。而分布式同步机制具有扩展性好,抗毁性好等特性,通过邻居节点的信息融合,

无线传感器网络与RFID技术复习题

无线传感器网络与RFID技术复习题 一、填空题 1、传感器网络的三个基本要素:传感器、感知对象、观察者(用户)。 2、无线通信物理层的主要技术包括:介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。 3、无线传感器网络特点:大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络。 4、无线传感器网络的关键技术主要包括:网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等。 5、传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。 6、无线传感器网络的组成模块分为:通信模块、传感模块、计算模块、存储模块和电源模块。 7、传感器网络的支撑技术包括:时间同步、定位技术、数据融合、能量管理、安全机制。 8、传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。 9、传感器节点的能耗主要集中在通信模块。 10、当前传感器网络应用最广的两种通信协议是:zigbee、IEEE802.15.4。 11、ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层,通常它的网络层支持三种拓扑结构:星型(Star)结构、网状(Mesh)结构、簇树型(Cluster Tree)结构。 12、根据对传感器数据的操作级别,可将数据融合技术分为以下三类:特征级融合、数据级融合、决策级融合。 13、信道可以从侠义和广义两方面理解,侠义的信道(信号输出的媒质),分为(有线信道和无线信道);广义信道(包括除除传输媒质还包括有关的转换器)广义信道按照功能可以分为(模拟信道)和(数字信道)。 14、无线传感器网络可以选择的频段有:868MHZ、915MHZ、2.4GHZ、5.8GHZ。 15、无线通信物理层的主要技术包括:介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。 16、IEEE 802.15.4标准主要包括:物理层和MAC层的标准。 17、传感器网络中常用的测距方法有:到达时间/到达时间差(ToA/TDoA)、接收信号强度指示(RSSI)、到达角(AoA)。

无线传感器

无线传感器网络浅谈

王露瑶 16111206031 无线传感器网络浅谈 摘要:随着人们对物理世界的建设与完善,对未知领域与空间的拓展,人们需要的信息来源、种类、数量不断增加,这对信息的获取方式提出了更好的要求。在人类历史发展的很长一段时间内,人是通过视觉、听觉、嗅觉等方式对物理世界的本能感知已远远不能满足信息时代的发展要求。传感器作为连接物理世界与电子世界的重要媒介,在信息化的过程中发挥了关键的作用,大大的提高了人类认识世界和改造世界的能力。如果说互联网构成了逻辑上的信息世界,改变了人与人之间的沟通方式,那么,无线传感网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起,改变人与自然界的交互方式。人们可以通过传感网络直接感知客观世界,从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。 关键词:传感器无线传感网络基本概念体系结构协议测评应用一、无线传感网络的概念 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线传感器网络就是由部署在监测

区域内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被感知对象的信息,并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 二、无线传感网络的基本特点 (1)节点的可移动性、通信的断接性。由于传感网络具有自组网和自动路由的特性,故其常常用于一些可以移动的领域,比如位于地面以下的矿井人员定位系统等。另一方面,可移动的特性、采集数据的间隔性等使得网络节点再通信时并不需要进行连续的数据传输(2)通信能力有限。传感器网络节点的通信带宽窄而且经常变化,通信覆盖范围只有几十到几百米。传感器之间的通信断接频繁,经常导致通信失败。此外传感器网络更多地受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响,传感器可能会长时间脱离网络,离线工作。如何在有限通信能力的条件下高质量地完成感知信息的处理与传输,是设计传感器节点的重要问题。 (3)电源能量有限。传感器的电源能量极其有限,网络中的传感器节点由于电源能量的原因经常失效或废弃。由于传感器网络中的节点数量大、分布范围广,采用电池供电的节点受到电源能量约束的问题比较严重。 (4)计算能力有限。传感器网络中的智能传感器内部都具有嵌入式

无线传感器网络的应用及影响因素分析

无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要:无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初,由于军事方面的需要,无线传感网络不断发展,传感器网络技术不断进步,其应用的X围也日益广泛,已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词:无线传感器网络;传感器节点;限制因素applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of puter science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a prehensive description of the development process of the wireless sensor network,the status of the research areas and a number of factors affecting the application of the sensor. keywords:wireless sensor networks;sensor nodes;limiting factor 一、无线传感器网络的技术起源以及特点

无线传感器网络课后习题答案

1-2、什么就是无线传感器网络? 无线传感器网络就是大量的静止或移动的传感器以自组织与多跳的方式构成的无线网络。目的就是协作地探测、处理与传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。 1-4、图示说明无线传感器网络的系统架构。 1-5、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别就是什么? (1)传感模块(传感器、数模转换)、计算模块、通信模块、存储模块电源模块与嵌入式软件系统 (2)传感模块负责探测目标的物理特征与现象,计算模块负责处理数据与系统管理,存储模块负责存放程序与数据,通信模块负责网络管理信息与探测数据两种信息的发送与接收。另外,电源模块负责结点供电,结点由嵌入式软件系统支撑,运行网络的五层协议。 1-8、传感器网络的体系结构包括哪些部分?各部分的功能分别就是什么? (1)网络通信协议:类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层与应用层组成。 (2)网络管理平台:主要就是对传感器结点自身的管理与用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。 (3)应用支撑平台:建立在网络通信协议与网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件,通过应用服务接口与网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。 1-9、传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。 (1)根据结点数目的多少,传感器网络的结构可以分为平面结构与分级结构。如果网络的规模较小,一般采用平面结构;如果网络规模很大,则必须采用分级网络结构。 (2)平面结构: 特征:平面结构的网络比较简单,所有结点的地位平等,所以又可以称为对等式结构。

无线传感器网络期末复习题

《无线传感器网络原理与应用》复习题 一、填空题: 1.无线传感器网络的三个基本要素是:、和。 2.无线传感器网络实现了、? 和的三种功能。 3.无线传感器网络包括四类基本实体对象:目标、观测节点、和 。 4.根据无线传感器网络系统架构,无线传感器网络系统通常包括传感器节点(sensor node)、和。 5.无线传感器节点通常包含四个模块,他们是:数据采集模块、、无线通信模块和。 6.无线传感器网络的协议栈包括物理层、、、传输层 和,还包括能量管理、移动管理和任务管理等平台。 7.无线传感器网络的MAC层和物理层协议采用的是国际电气电子工程师协会(IEEE)制定的协议。 8.无线通信物理层的主要技术包括、、调制技术 和。 9.在无线通信系统中,有三种影响信号传播的基本机制:、绕射和。 10.无线传感器节点处于、接收状态、侦听状态和时单位时间内消耗的能量是依次减少的。 11.无线传感器网络MAC协议根据信道的分配方式可分为、 和混合式三种。 12.根据无线传感器网络不同的应用可以将其路由协议分为五类,你知道的有:、、。(任意给出3种)。 13. IEEE 标准将无线传感器网络的数据链路层分为两个子层,即和。 14. Zigbee的最低两层即物理层和MAC层使用标准,而网络层和应用层由Zigbee联盟制定。 15. Zigbee协议中定义了三种设备,它们是:、和Zigbee终端设备。

16.Zigbee支持三种拓扑结构的网络,它们是:、和。 17.无线传感器网络的时间同步方法有很多,按照网络应用的深度可 以划分三种:、和。 18.无线传感器网络的时间同步方法有很多,按照时间同步的参考时 间可以划分为和。 19.无线传感器网络的时间同步方法有很多,根据需要时间同步的不 同应用需求以及同步对象的范围不同可以划分为和。20.无线传感器网络定位技术大致可以划分为三类:、和 。 21.无线传感器网络典型的非测距定位算法有、APIT算法、 以及等。 22.无线传感器网络的数据融合策略可以分为、以 及。 23.无线传感器网络的故障可以划分为三个层次:、和 。 24. 根据网络提供服务的能力可以将QoS分为3种等级,分别是:、 和。 25. 传感器网络的支撑技术包括:、、及安全机制等。 26. 无线传感器节点的能耗主要集中在模块。 二、名词解释: 1.无线自组织网络 2.无线传感器网络(WSN) 3.基带信号 4.模拟调制 5.数字调制 6.物理信道 7.逻辑信道 8.路由选择 9.路由协议

无线传感器网络的组成与发展前景

无线传感器网络的组成与发展前景 【摘要】本文从无线传感器网络的定义出发,简单阐述无线传感器网络的组成和介绍无线网络的发展历史,用几个实例展示无线传感器网络的具体应用,最后展望了无线传感器网络的发展前景。 【关键词】无线传感器网络应用未来展望 随着相关学科的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。 一、无线传感器网络通的组成与特点 一个无线传感器网络通常包括三要素,即传感器、感知对象和观察者。传感器由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件等几个部分组成,这些部分相互协调,共同完成对外界信息的感知功能;感知对象是无线传感器网络的监测目标;观察者是无线传感器网络的用户,是传感信息的接收者和应用者。

传感器网络系统的节点具有自动组网的功能,节点间能够相互通信协调工作。多跳路由。节点受通信距离、功率控制或节能的限制,当节点无法与网关直接通信时,需要由其他节点转发完成数据的传输,因此网络数据传输路由是多跳的。动态网络拓扑。在某些特殊的应用中,无线传感器网络是移动的,传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作,这些因素都会使网络拓扑发生变化。节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。 二、无线传感器网络的发展前景 无线传感器网络虽未形成大规模的市场应用,但拥有十分广阔的前景,在军事、国防、环境监测、医疗卫生、建筑物监测等等许多领域都有重要的研究价值和巨大的实用价值,被誉为对十一世纪产生巨大影响力的技术之一。 (一)军事应用 同很多高科技技术一样,,无线传感器网络的产生也是源于网络在军事应上的需求,无线传感器网络本身的概念更贴近其在军事上的应用。无线传感器网络在战场上的应用主要是信息搜集、跟踪敌人、战场监测、目标分类。 无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成,拥有自组织性和相当的容错能力,即使部分节点遭到恶意破坏,也不会导致整个系统的崩溃,正是这一点保证了无线传

无线传感器网络综合整理

无线传感器网络 1无线传感器网络简介 WSN是wireless sensor network的简称,即无线传感器网络。 无线传感器网络就是由部署在监测区域内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被感知对象的信息,并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 WSNs网络体系结构如图所示。数量巨大的传感器节点以随机散播或者人工放置的方式部署在监测区域中,通过自组织方式构建网络。由传感器节点监测到的区域内数据经过网络内节点的多跳路由传输最终到达汇聚节点(Link节点),数据有可能在传输过程中被多个节点执行融合和压缩,最后通过卫星、互联网或者无线接入服务器达到终端的管理节点。用户可以通过管理节点对WSNs进行配置管理、任务发布以及安全控制等反馈式操作。 图1.1 传感器节点 功能:采集、处理、控制和通信等 网络功能:兼顾节点和路由器

图1.2 Sink节点 功能:连接传感器网络与Internet等外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,发布管理节点的监测任务,转发收集到的数据。 特点:连续供电、功能强、数量少等 2无线传感器网络特点 2.1硬件资源有限 受体积成本限制,传感器节点的硬件资源有限,其计算能力、存储能力相对较弱。 2.2电源容量受限 通常传感器节点投放在不适合电源不补给的恶劣环境和无人区,所以仅靠电池供电。 2.3对等网络 各传感器地位平等,没有固定的中心节点,是一种对等网络。 2.4多跳路由 网络数据的传送往往采用多跳转发的方式。 2.5动态拓扑 无线传感器网络的拓扑是动态变化的,因为无线传感器的节点是移动,数量是变化的(主动和被动变化)。

无线传感器网络(WSN)安全综述

作者简介: 杨慧(1993.07),女,大学本科,电子信息工程; E-mail: 604068605@https://www.360docs.net/doc/8315560028.html, 收稿日期:2014-04-11; 无线传感网络(WSN )安全综述 Wireless sensor network (WSN) Security summary xxx1 xxxxx 石家庄经济学院 信息工程学院 河北省石家庄市 邮政编码050031 Shijiazhuang University of Economics ,Information Engineering Department ,City ZipCode 050031 摘要:无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,作为后PC 时代实现信息收集、传输与处理的重要技术,在军事领域和民用领域均有广泛的潜在用途,是当前技术研究的热点,具有十分广阔的应用前景,已经引起了学术界和工业界的高度重视。无线传感器网络因其资源有限和分布与通信开放性的特点而使得其安全性需求显得极为重要和必要。本文从无线传感器网络的基本概念、体系结构、安全需要、安全协议、可能受到的安全攻击种类等方面进行了较系统的总结,有助于探讨当前无线传感器网络安全方面的研究。 Abstract :Wireless sensor network is a new field of research in computer science and technology, as a post-PC era to achieve important technical information gathering, transmission and processing, has a wide range of potential uses in military and civilian areas, is a hot current technology research, has very broad application prospects, has attracted great attention in academia and industry. Wireless sensor networks because of its limited resources and the distribution of the characteristics of communication open so that its security requirements is extremely important and necessary. In this paper, the basic con-cept of wireless sensor networks, architecture, security needs, security protocol, may be the kind of security attacks and ot her aspects of a more systematic summary of research to help investigate the current wireless sensor network security. 关键词:无线传感器网络;体系结构;安全需要;安全协议 Key words :Wireless sensor networks; architecture; security needs; security protocol 1 引言 …. 随着微电子技术和MEMS 技术的不断进步与发展,作为信息获取最基本和最重要的技术——传感器技术,也得到了长足发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化发展。目前,计算机技术的发展已经进入了后PC 时代,后PC 时代的特点是推动了计算机从桌面系统和数据中心进入到物理环境中。无线传感器网络(WSN )技术是在上述技术进步的基础之上发展起来的,是一种集监测、控制和无线通信技术于一体的网络系统。传感器网络节点大多搭载一个或多个传感器,感知物理世界。它采用无基础设施组网和多跳的传播,节点既是信息的采集和发出者,又是信息的路由者,具有规模大、自组织、动态性、应用相关、以数据为中心等特点。无线传感器网络与传统的无线网络不同:其一,无线传感器网络节点数目众多,没有全球唯一的网络标识符,在传统的有线、无线网络中,每个节点都有唯一的地址用于路由。传感器网络是以数据为中心的,某些节点之间的路由是不需要的,所以无线传感器网络中不适合采用传统的路由协议。其二,在无线传感器网络中,数据的流向是多对一的,需要的信息大多是来自同一个区域,经过数据融合后,得到所需要的信息,再传送到目的节点——sink 节点,由其统一发给用户。其三,传感器节点电能和存储容量都十分有限。由于被观测对象内部或者附近部署了大量的传感器节点,一个节点中收集到的数据有可能有其它附近节点收集的数据存在。因为这些传感器节点采集的数据是相同或者相近的,即存在冗余信息,传输数据必然会消耗大量的节点能量,因此没有必要将所有数据全部发送给汇聚节点。这就需要路由协议具有数据融合能力,以此提高带宽利用率。其四,在无线传感器网络中,大部分节点不像传统网络中的节点一样快速移动,因此花费很大的代价频繁地更新路由表信息就没有必要了。因为是无线传输,电池供电、覆盖范围和节点生存期会受到一定的限制。所有要解决如何在远处从部署的无线传感器网络中提取数据这个问题。今天大部分网络使用的是IP 协议作为其基础技术,所以,如何实现把WSN 和IP 网络互联网成了当今热门的研究课题。WSN 采用多跳的传播和无基础设施网组,在恶

无线传感器复习题

第一章 1.无线传感器节点一般包括那三种组件 无线模块、传感模块、可编程模块 2.ZigBEE 标准定义了哪几种传输方式? 周期数据传输、间歇性数据传输、重复低时延传输 3.无线传感器网络概念 无线传感器网络(Wireless Sensor Network ,WSN)是一种全新的信息获取平台,能够实时监测和采集网络分布区域各种检测对象的信息,并将这些信息发送到网关节点,以实现复杂的指定围目标检测与跟踪,具有快速展开,抗毁性强等特点,有着广阔的应用前景。 4.传感器网络的三个基本要素:传感器,感知对象,观察者 5.三种主要的标准化:ZigBEE 标准、WirelessHART 标准、6LowPAN 标准 第二章 无线传感器网络主要在以下6个应用领域得到了迅速发展 1.军事应用 2.环境应用 3.医疗应用 4.家庭应用 5.工业应用 6.智慧城市 第三章 1.简述影响传感网设计的因素有哪些? A. 硬件限制、 B.容错(可靠性)、 C. 可扩展性、 D. 生产成本、 E. 传感网拓扑、 F. 操作环境(应用)、 G. 传输媒介、 H. 能量消耗(生命周期) 2.无线传感设备有哪几个基本部件组成的?每个部件的主要作用是什么? 传感单元:感应单元具有从外界收集信息的能力。根据观察到的现象,传感器产生模拟信号,然后被ADC 转换成数字信号,送入处理单元。 处理单元:控制传感器节点执行感知操作、运行相应的算法并控制与其他节点无线通信的整个过程。 收发机单元:实现两个传感器节点间的通信。 能量单元:为传感器节点的每个部件供电。 定位系统:提供传感器节点的物理位置。 移动装置:与传感单元协作,完成操作,并由处理单元控制传感器节点的移动。 供能装置:热能、动能和振动能量的能源采集技术来产生能量。 3.无线传感器网络预部署策略应满足那些需要? (1)、减少安装成本 (2)、消除任何预组织与预计划的成本 (3)、增加组织的灵活性 (4)、提升自组织与容错性能 4.对于一个收发机而言,数据通信功耗简单模型有哪几部分构成? 发射机输出的功率、收发机电子器件消耗的能量 5.请写出发射机和接收机简化能量模型的功耗计算公式。 n amp elec tx tx d k e k E d k ??+?=-),(E k E k E elec rx rx ?=-)( 6.若使网络的容错率达到99%,广播半径需要部署多少传感器节点?

无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势讲课讲稿

无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势 1 研究背景 随着无线技术的快速发展和日趋成熟,无线通信也发展到一定的阶段,其发展的技术越来越成熟,方向也越来越多,越来越重要,大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。 微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展,使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器,可组成无线传感器网络(WSN)。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电,工作环境通常比较恶劣,而且数量大、更换非常困难,所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一,因此,它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进,需要精心设计的软硬件系统,以使其可靠而耐用。 2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。低功耗无线传感模块,便是组成无线传感网络的节点。此方面的研究由来已久,是计算机应用的扩展,采用了大规模集成电路和嵌入式技术,使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高,有的性能高但是功耗太大。 因此,在无线传感技术应用如此广泛的今天,在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。 2 研究目的及意义 2.1 研究目的 当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段,低功耗就是其发展方向之一,而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此,为了更好的实现无线传感模块的功能,增加模块的可靠性和使用寿命,通过对无线传感节点的硬件功耗的分析,确定无线传感模块各单元的基本功率消耗,并进行相应比较,确定需重点降耗的单元,在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究,通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写,实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。

无线传感器网络的应用研究

1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示,主要由三个大的部分构成,分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发,我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心(SC):SC的定义是指整个系统的中心枢纽点,控制整个分监控站,主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括(地、州)设置相应的监控中心,位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心(SS):又称分点监控站,主要是分散在各个更低等级的区县,主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络,区域监控中心的管辖范围为一个县/区;移动通信网络由于其组网不同于固话本地网,则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多,但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元(SU):是整个监控系统中等级最低的单元了,它的功能就是监控并且起供电,传输等等作用,主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备,比如定位设备或者光感,温感设备等等。 监控模块(SM):SM是监控单元的组成部分之一,主要作用监控信息的采集功能以及传输,提供相应的通信接口,完成相关信息的上传于接收。

2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看,主要采用两级结构:CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼,主要功能为数据处理,管理远程监控单元,对告警信息进行分类统计,可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能,并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站,具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析,自动生产图表并为我们的客户提供直观,方便的可视化操作,为维护工作提供依据,维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应,以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点,将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中,还有维护管理类,具体描述如下: 1)实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后,通过声音,短信,主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境,空调,烟感,人体红外等等发生变量后,这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式: 2)声音报警 基站发生告警后,系统采集后,会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如:声音的设置有几种,主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣,不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级,比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置,它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候,提示声音设置为长鸣,并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下:

简述无线传感器网络(WSN)技术

简述无线传感器网络(WSN)技术在物联网中的应用 孔祥金 摘要:物联网是一种对物品信息进行采集,传输和应用的新型网络技术,实现了对物品的智能化实时监控。而无线传感器网络技术正是物联网的核心技术之一,可做到实时、多点、高速及智能信息采集,广泛应用于对监控交通、重要货物、工业监测等方面。本文从物联网的技术及应用两方面入手,概略阐述了无线传感器网络技术在物联网中的应用及其重要作用。 关键词:物联网;无线传感器网络;传感器; 物联网(Internet of Things,IOT)是近几年迅速崛起,并被高度关注的一项物与物相连接的互联网技术。物联网的发展极大地促进了全球一体化的进程,缩短了世界的距离。我国也十分重视物联网技术的开发与应用,将物联网产业列为了我国重点发展的五大战略性新兴产业之一。 一、物联网技术 1、关键技术 物联网技术是集射频识别技术(RFID)、无线传感器网络技术(WSN)和互联网技术于一体的一种新型网络技术。它可以实现物品的识别、定位、监控和管理等功能。 (1)射频识别技术(RFID) 射频识别技术是一种利用射频信号空间耦合实现信息传递并进行识别的技术。该技术的优点是可实现无接触信息传递,识别过程无需人工干预,可在恶劣环境下工作,可识别高速运动物体及同时识别多个物体。RFID标签因其存储量大和可反复读写的特点,被誉为即传统条形码标签后的下一代标签。 (2)无线传感器网络技术(WSN) 无线传感器网络技术是综合了包括传感器技术、现代网络技术及无线通信技术在内的多种技术于一体的感知及传输系统。能够实时监测、感知并采集对象信息。 无线传感器网络是由数据获取网络、数据分布网络以及管理控制中心三大部分组成。主要组成部分是由传感器、数据处理单元和通信模块组成的无线传感器节点。各节点对数据进行采集和优化后再经分布式网络将数据传送给信息处理中心。(如图1) 图 1 无线传感器节点 无线传感器网络与传统监控系统相比具有明显优势。如无线传感器网络技术可采用点对多点的无线网络连接,节点具有自检功能,单个节点集成大量功能的优点,大大提高了系统

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