最新WSN复习要点.docx

《最新WSN复习要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新WSN复习要点.docx（30页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateWSN复习要点WSN复习要点1、 现代信息科学的六大组成部分：信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用。2、 WSN的定义：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。3、 WSN和Ad-hoc网络：相同点：自组织网络、追求低功耗网络设计不

2、同点：（1）网络拓扑结构和工作模式各不相同。 Ad hoc网络：网络拓扑结构动态变化。 WSN：网络拓扑结构是静态的。 （2）工作模式不同。 WSN：多对一通信，节点之间几乎不会发生消息交换。以数据为中心，与组播正好相反。 Ad Hoc网络：网络中任意两节点之间都有通信的可能。4、 无线传感器网络的特点：1传感器节点数目大，密度高，采用空间位置寻址。2传感器接点的能量、计算能力和存储能力有限（能量、计算存储低、关键在有效简单的路由协议）3无线传感网络的拓扑结构易变化，有自组织能力。（与传统的有不同的特点和技术要求：它根据需要可以在工作和休眠之间切换，因此网络的拓扑结构容易发生变化，传统的网络重

3、在QoS和更大的宽带保证，并且是静止的。无线传感器网络需要节省能量，保证连通性和延长运行寿命）4传感器节点具有数据融合能力（与Mesh网络区别，数据小，移动，重能源。 与无线Ad-hoc网络比数量多、密度大、易受损、拓扑结构频繁、广播式点对多通信、节点能量、计算能力受限。）5、 网络拓扑结构：组网形态和方式来看，有集中式、分布式和混合式节点功能及结构层次来看，分为平面网络结构、分级网络结构、混合网络结构，以及Mesh网络结构（简单的示意图）WSN路由协议部分：6、 路由两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息。7、 无线传感器网络微型节点组成：数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源

4、管理单元。8、 IEE 802.15.4.技术特点：功耗低、成本低、延时短、规模大、更安全。9、 WSN路由协议的基本概念：P25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、扩大网络容量、网络高吞吐率协议特点：自组织的网络、数据的冗余性、基于局部拓扑信息、网络功能、数据为中心10、 WSN与IP网络区别：P26a) WSN中节点数量多，配置全局ID是不可能的；b) WSN不要求建立任意两个节点之间的路由路径；c) WSN应用需求多样化，需使用特定路由协议简化协议，节省能量；d) WSN存在大量的数据冗余11、 WSN路由协议分类：P27a

5、) 数据为中心路由协议SPIN (Flooding)，Directed Diffusion (Gradient)b) 集群（Cluster）结构的路由协议：单层和多层LEACH, TEEN，APTEEN，TTDDc) 地理信息路由协议LAR，GAF，GPSR， GEARd) QOS路由协议QOS路由协议12、 内爆：节点向邻居节点转发数据包，不管其是否收到过相同的。P3013、 重叠：感知节点感知区域有重叠，导致数据冗余。P3014、 SPIN协议的基本思想：考虑到由于临近节点所感知的数据具有相似性，通过节点间协商的方式减少网络中数据的传输数据量。节点只广播其它节点所没有的数据以减少冗余数据，

6、从而有效减少能量消耗。P28三步握手协议：ADV数据广播；REQ请求发送数据；DATA为原始数据包a) 节点A有新数据，通过ADV发布新数据信息，使用元数据；b) B节点收到ADV后，发现自己没有该数据，通过REQ向A请求新数据；c) A节点向B节点传送源数据；d) B节点融合新数据，并通过ADV发布新数据消息；e) 如果周围节点有ADV中描述的数据的副本就忽略该消息。SPIN协议的协商通过元数据来解决。15、 DD协议（定向扩散协议，是一种基于查询的路由方法）的三个阶段：兴趣扩散、梯度建立和路径加强。P32兴趣cache中的每个兴趣表项包含：时间字段、梯度字段、持续时间字段。16、 谣传路由

7、：引入基于代理(Agent)消息的单播随机转发方法，事件区域内的传感器节点产生代理消息，代理信息沿随机路径向外扩散传播，同时sink节点发送的查询消息也沿着随机路径在网络中传播，当代理消息和查询消息的传输路径相遇的时候，就会形成一条Sink节点到时间区域的完整路由路径。17、 LEACH协议的基本思想：网络周期性地随机选择簇头节点，其他的非簇头节点以就近原则加入相应的簇头，形成虚拟簇，簇内节点将感知到的数据直接发送给簇头，由簇头转发给Sink节点，簇头节点可以将本簇内的数据进行融合处理以减少网络传输的数据量。P34LEACH协议两阶段：a) 簇头建立阶段：i. 节点运行算法，确定本次自己是否成

8、为簇头；ii. 簇头节点广播自己成为簇头的事实；iii. 其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该簇头节点；iv. 簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时间片；b) 数据传输阶段：节点在分配给它的时间片上发送数据；18、 爬山算法：一种简单的贪心搜索算法，该算法每次从当前解的临近解空间中选择一个最优解作为当前解，直到达到一个局部最优解。缺点是会陷入局部最优解，不一定能搜索到全局最优解。模拟退火算法：一种贪心算法，但是它的搜索过程引入了随机因素。模拟退火算法以一定的概率来接受一个比当前解要差的解，因此有可能会跳出这个局部的最优解，达到全局的最优解。如图所示，假设C点为当

9、前解，爬山算法搜索到A点这个局部最优解就会停止搜索，因为在A点无论向那个方向小幅度移动都不能得到更优的解。模拟退火算法在搜索到局部最优解A后，会以一定的概率接受到E的移动。也许经过几次这样的不是局部最优的移动后会到达D点，于是就跳出了局部最大值A。19、 TEEN协议的基本思想：P36a) 针对LEACH算法实时性不强提出；b) 簇首通过TDMA对节点调度，向簇内成员广播数据的硬阈值（被检测数据所不能逾越的阈值）和软阈值（规定被测数据的变动范围）两个参数；c) 稳定阶段，首次检测到数据到达硬阈值，进行数据发送，并将该值存入内部变量SV。d) 节点再次进行数据传送的两个条件：1、当前的检测值大于

10、硬阈值；2、当前的检测值与SV（内部变量）的差值大于等于软阈值；e) 簇重构的过程中，如果新一回合的簇首已经确定，该簇首将重新设定和发布以上两个参数，可以明显减少数据传送的次数；优点：适用实时应用系统，缺点：不能实现周期性采集数据。20、 APTEEN协议（响应型和主动型策略）的基本思想：P37a) 综合了LEACH和TEEN的思想；b) 检测突发数据采用TEEN相同的机制（响应型），采用计数器来达到发送数据（主动型）；节点每发送一次数据就将计数器清零，当计数器时间到达的时候，不管当前的数据是否满足软、硬门限的要求都会发送这个数据。c) 既可以周期性的采集数据，又可以实时采集数据；d) 支持三

11、种查询：P38历史数据的查询，当前网络的一次查询，持续监控某一事件的连续查询。21、 TTDD协议的基本思想：节点先建立的格状网，计算出四个相邻交叉点位置，利用贪婪算法请求最接近交叉点位置的点成为转发节点，转发节点继续这个过程直至请求任务超时或到达网络边缘。P39TTDD应用场景：传感器节点不动，Sink节点移动，而且有多个。22、 LAR协议的基本思想：使用地址位置信息来改进基于泛洪的路由，选取优化路径。P43期望域：目的节点可能出现的区域；P44寻找域：限定的一个路由请求区域，只有在寻找域中的节点才转发RREQ（广播路由请求分组）。为了增加到达目的节点的成功率，寻找域应该包括期望域以及期望

12、域以外的其他区域。23、 GAF协议的基本思想：通过让节点尽量处于关机状态来节省能量，本质上使用地理位置信息作为辅助，提高网络性能。P46功率消耗比 空闲：接收：发送=1：1.2：1.7。24、 GPSR协议的基本思想：直接使用地理位置信息建立路由路径的方法，GPSR路由算法使用了贪婪策略，根据使用的贪婪策略的不同，演化出不同的方法。P4925、 GEAR协议的基本思想：结合了DD和GPSR算法的思想，并且在选路时考虑了节点能量的因素。采用查询的方法来建立从Sink节点到事件区域的路由。GEAR借鉴GPSR贪婪算法的思想，利用节点的地理位置信息以及节点能量剩余情况，建立查询消息到达目标区域的路

13、径。当查询消息到达目标区域之后，查询消息采用一种迭代地理转发机制来发送。相关的检测数据沿着查询消息的方向路径汇集到Sink节点。P5426、 解决网络能量和负载均衡：路由协议专用性设计、跨层设计、新技术开发MAC协议部分：27、 隐藏终端是指在接收接点的覆盖范围内而在发送节点的覆盖范围外的节点。隐藏终端由于听不到发送节点的发送而可能向相同的接收节点发送分组，导致分组在接收节点处冲突。暴露终端是指在发送节点的覆盖范围内而在接收节点的覆盖范围外的节点。暴露终端因听到发送节点的发送而可能延迟发送。隐藏终端和暴露终端问题产生的原因：a) 网络具有动态变化的网络拓扑结构；b) 在无线环境中，采用异步通信

14、技术，各个移动节点共享同一个通信信道，存在信道分配和竞争问题；c) 为了提高信道利用率，移动节点接收的频率和发射功率都比较低；d) 信号受无线信道中的噪声、信道衰落和障碍物的影响；e) 因此移动节点的通信距离受到限制，一个节点发出的信号，网络中的其它节点不一定都能收到，从而会出现“隐藏终端”和“暴露终端”问题。 解决方法：使接收节点周围的邻居节点都能了解到它正在进行接收a) 是接收节点在接收的同时发送忙音来通知邻居节点，即BTMA（Busy-Tone Multiple Access ）系列；b) 发送节点在数据发送前与接收节点进行一次短控制消息握手交换，以短消息的方式通知邻居节点它即将进行接收

15、，即RTS/CTS方式。还有将两种方法结合起来使用的多址协议，如DBTMA。 c) 对于隐藏发送终端问题，可以使用控制分组进行握手的方法加以解决。d) 在单信道条件下使用控制分组的方法只能解决隐发送终端，无法解决隐藏接收终端和暴露终端问题。为此，必须采用双信道的方法：即利用数据信道收发数据，利用控制信道收发控制信号。28、 MAC协议分类：a) 分配信道方式：竞争型SMAC/TMAC/PMAC、分配型SMACS/TRAMA/DMAC/BMAC、混合型b) 使用信道数目：单信道、双信道、多信道c) 网络类型：同步网络、异步网络29、 SMAC协议的基本思想：P64a) 周期性睡眠和监听：减少空闲

16、监听带来的能量损耗，对周期性睡眠和监听的调度进行同步，同步节点采用相同的调度，形成虚拟簇，同时进行周期性睡眠和监听，适合多跳网络。b) 串扰避免：当节点正在发送数据时，根据数据帧特殊字段让每个与此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。c) 消息传递：减少控制数据带来的能量损耗。30、 TMAC协议的基本思想：P68a) SMAC协议调度占空比固定，不能很好的适应网络流量的变化； b) 提出一种自适应调整占空比方法，来动态调整调度周期中的活跃时间长度；c) 在TA时间内没有发生激活事件则进入睡眠 。TA决定了每个节点在一个调度周期中进行空闲监听的最短时间；d) 在活跃状态下，节

17、点可能保持监听，也可能发送数据，当在一个时间段TA内没有发生激活事件时，活跃状态结束，节点进入睡眠状态。31、 PMAC协议的基本思想：P72节点根据自身的数据流量和其邻居的流量模式自适应地调整周期性调度方式的占空比，通过引入模式信息，节点能够通过模式信息提前获知邻居的下一步活动，调度都根据模式信息来进行。32、 SMACS协议的基本思想：P80a) 结合TDMA、FDMA的基本思想；b) 假设每个节点都能在多个载波频点上进行切换； c) 将每个双向信道定义为两个时间段； d) 发现邻居后立即分配信道，不需要全局节点来进行分配；e) 每个链路都分配一个随机选择的频点，相邻链路都有不同的工作频点

18、。33、 TRAMA协议的基本思想：P83a) 将一个物理信道分成多个时隙，通过对这些时隙的复用为数据和控制信息提供信道；b) 每个时间帧分为随机接入和分配接入两部分，随机接入时隙也称为信令时隙，分配接入时隙也称为传输时隙；c) 节点交换两跳内邻居信息和分配信息；d) 采用流量自适应的分布式选举算法选择在每个时隙上的发送节点和接收节点，无关的节点进入睡眠以节省能量；e) 传输时隙的长度是固定的，并且为信令时隙的整数倍，便于同步。34、 DMAC协议的基本思想：P87a) SMAC协议中的监听睡眠调度机制的缺点：同步的睡眠会增加多跳传输的延迟，同步的监听和竞争信道会增加冲突的可能。虽然引入了自适

19、应睡眠机制，但只减少了2跳延迟，数据在多跳传输中仍会因中间节点的睡眠而终止。b) 适合于节点采集数据后，向一个sink节点汇聚的单向树状模式 c) 采用预先分配的方法来避免睡眠延迟 d) 引入了一种交错的监听睡眠调度机制，保证数据在多跳路径上的连续传输 35、 ZMAC协议的基本思想：P90a) 采用CSMA机制作为基本方法 b) 竞争加剧时使用TDMA机制解决冲突问题c) 引入时间帧，为节点分配时隙d) 节点可以选择任何时隙发送数据 e) 在分配的时隙发送优先级更高36、 CSMA/CD和CSMA/CA的主要差别：a) CSMA/CD：带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测冲突，但无法“避

20、免”：b) CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量避免；c) 两者的传输介质不同，CSMA/CD用于总线式以太网，而CSMA/CA则用于无线局域网802.11a/b/g/n等等；d) 检测方式不同，CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。37、 解决MAC协议中传感器节点的早睡问题：a) TMAC协议中，未来请求发送FRTS、满缓冲区优先；b) PMAC协议中，节点根据自身的数据流量和其邻居的流

21、量模式自适应地调整周期性调度方式的占空比，通过引入模式信息，节点能够通过模式信息提前获知邻居的下一步活动。38、 定位的分类：基于测距和无需测距；被动定位和主动定位。P18739、 全球和区域导航系统的基本情况：（全球：GPS、Galileo系统；区域：LORAN系统、北斗）40、 容错方面的概念：故障，差错，失效，可靠性故障（Fault）：故障是指一个设备、元件或组件的一种物理状态，在此状态下它们不能按照所要求的方式工作。差错（Error）：差错是指一个不正确的步骤、过程或结果。失效（Failure）：失效是指某个设备中止了它完成所要求功能的能力。可靠性（Dependability） 故障只

22、有在某些条件下才能在其输出端产生差错，这些差错由于在系统内部，不是很容易就能观测到。只有这种差错积累到一定程度或者在某种系统环境下，才能使系统失效。所以，失效是面向用户的，而故障和差错是面向制造和维修的。国内通常翻译fault tolerant为容错，实际是”容故障”的含义。41、 容错能力通常是建立在信息的冗余上。42、 传感器网络的故障分为三个层面：部件级、节点级和网络级43、 故障模型：固定，偏移，倍数和方差下降四种。44、 什么是空间相关性（无线传感器网络节点部署通常较密，相邻节点的同类传感器的测量值很相近，称这种特性为空间相关性）45、 故障检测的策略；P226（多数投票策略、均值策

23、略、中值策略）46、 k连通网络；（k连通网络是网络中任意两点之间都至少有k条不相交的路径）47、 无线网络中4种通信安全威胁（监听、篡改、伪造和阻断攻击）48、 通信安全的目标一般包括：机密性，完整性，真实性和新鲜性。49、 DoS攻击的分类；阻塞攻击：简单阻塞一个或一组传感器节点的通信信道;冲突攻击：违反通信协议，连续发送信息产生冲突；路由攻击：多跳环境下，恶意节点简单丢弃路由的数据，可使预定接收者接收不到该数据包；泛洪攻击：恶意节点对网络中的敏感节点发送许多连接请求，导致敏感节点资源耗尽，失去功用。50、 网络层的常见攻击：路由信息欺骗，选择性转发，污水坑攻击，sybil攻击，虫洞攻击，hello数据包泛洪攻击，ack欺骗，流量分析攻击。-