苏大泛在网络期末复习

无线通信与泛在网络（期末）无线随意网络省电协议概述1.省电·电源管理(powermanagement)：工作站藉由睡眠模式以节省电力[不使用]·电力控制(powercontrol)：工作站动态调整发送封包所需电力以达到省电[省着用]电源管理节省电池电力，无线随意网络的工作站会关闭收发器而进入省电(Powersaving,PS)模式。醒着的/活动的(Active)工作站如何让网络保持链接：（1）单点跳跃(Single-hop)的无线随意网络[802.11]：·工作站间必须达到同步化的时间确认PS醒的时间才能联系（2）多点跳跃(Multi-hop)的无线随意网络：·同步化的时间不易达成·非(non-)同步电源管理协定·半(semi-)同步[同步+异步]电源管理协议电源管理机制(Single-hop)·IBSS（独立基本服务集）单点跳跃(Single-hop)电源管理：睡眠(PS)模式的工作站定期醒来；醒着的(Active)工作站要帮睡眠(PS)模式的工作站暂存传送的数据。·在IBSS的工作站使用ATIM通知某工作站部要进入(睡眠)省电模式。·当睡眠(PS)模式的工作站定期醒来，保有其暂存讯框的工作站试着以ATIM讯框通知；醒来的工作站必须检查是否有ATIM讯框ATIM讯框：一用来通知工作站的讯框。工作站只能在ATIM期间内传送ATIM。在ATIM期间所有工作站必须是醒着的。被ATIM讯框点名的工作站必须回传(ACK)确认讯框收到并保持清醒[即在那个Beacon期间，工作站不能进入睡眠模式]准备接受资料在ATIM期间，所有工作站必须是醒着的->同步[TSF]IBSS单点跳跃工作站间同步化·IBSS(802.11)网络中每一工作站都有一个独立的内部定时器；这时间信息会经由Beacon讯框与其它工作站交换时间信息->同步化。·IBSS的时间同步化功能(TimingSynchronizationFunction,TSF)运作如下：每一段Beacon间隔(BI)开始时，所有工作站会竞争发送Beacon讯框。竞争前都会产生一随机时间延迟值并开始倒数。倒数到0之前，若收到其它工作站发出的Beacon讯框取消传送Beacon讯框[一Beacon间隔只发出一个Beacon讯框]倒数到0并未收到任何工作站发出的Beacon讯框；发出讯框前，工作站将其内部的时间信息写入Beacon讯框中后才将其传出收到Beacon讯框的工作站以未来时间***做同步化(即比较Beacon讯框内的时间与工作站内部的时间，若Beacon讯框内的时间快则调工作站内部的时间)异步电源管理协议[多点跳跃]在多点跳跃(Multi-hop)随意网络，由于讯号干扰及工作站移动->封包延迟->工作站间不易同步。(Tsengetal.,2002)提出三种异步电源管理协议：1.大部分醒着(Dominating-Awake-Interval)2.定期全醒(Periodical-Fully-Awake-Interval)3.定数为基础(Quorum-Based)三种协定共通原则：Beacon区间(Beaconinterval,BI)允许多个Beacon讯框(有别于先前所述：只有一个)：增加邻近工作站知道该工作站存在的机率一工作站借由邻近工作站连续发出的两个Beacon讯框之时间差估计该工作站的清醒模式估计清醒期间时间分割成相等的BI；BI*包含Active(AW)、Beacon(BW)及MTIM(MW)这三个窗口；在这三个窗口外，只要该工作站没有暂存数据要送或接收时即可进入睡眠模式。三种协议主要差别：清醒模式不同。大部分醒着·基本概念：工作站在Beacon区间(BI)醒的时间要过半AW≥BI/2+BW→任两工作站清醒时间有交集虽然主机B发出的Beacon都落在主机A清醒期间；但主机A发出的Beacon总是落在主机B的睡眠期间→无法通讯。解决一工作站的Beacon总是落在接收站的睡眠期间将beacon区间(interval)编号分成：奇数与偶数(每一期间都开始于Activewindow)工作站总会在奇数与偶数的其中一beacon区间收到邻近工作站的Beacon讯框·大部分醒着协议(缺点)：工作站在BI醒的时间要过半→未必省电定期全醒定期全醒协定：定义两种beacon区间(BI)。低功率(Low-power)BI：开始为清醒期：AW(=BW+MTIM)，后进入睡眠模式；工作站发Beacon讯框→让邻居发现其存在全醒(Fully-awake)BI为每T个BI出现一次：以BW开始,接着MTIM后一直为清醒期；即AW=BI。接收Beacon讯框→发现邻居工作站存在。·全醒Beacon区间与任一Beacon期间(Beaconwindow.BW)有交集。·每T(=3)个BI,一省电工作站就能收到邻居的Beacon讯框。定期全醒协定缺点：需更久的时间才能发现邻近工作站的存在。定数为基础前两个协定缺点：太过频繁发送Beacon讯框。·Quorum(法定额)：是一些辨识码(IDs)的集合。要从事一动作，必须得到法定(最低)门坎值(定数)辨识码的允许特性：任两个quorums必有非空集的交集。quorum概念→保证任两工作站可收到对方发出的Beacon讯框→省电协定·定数(Quorum)为基础的协定运作:将m2个(所有工作站都知道m值)连续的Beacon区间组成一群组。群组中Beacon区间(BI)秩序由小至大从左至右由上而下安排成mm的方阵中。每一工作站可从mm方阵中任选一列及一行；称选出的这2m-1个BI为它们的Quorum。每一Quorum中的BI始于BW接MW后保持清醒剩余的m2-2m+1BI被称为non-Quorum；每一non-Quorum中的BI始于MW后若无封包要接收或发送即可进入睡眠模式·定数(Quorum)为基础的协议保证：无论内部时间差多少(异步)，每m2个BI内一工作站至少会有两个完整的BW和另一工作站的AW有交集·定数(Quorum)为基础的协议之优点：工作站发Beacon讯框较前两协定少·定数(Quorum)为基础的协定之缺点：可能无法迅速发现邻近工作站的存在重迭特性异步：无论时钟如何偏移(drift)(彼此分开)一定有重迭半同步电源管理协议由于同步化的时间不易达成，因此同步电源管理协议适用于单点跳跃(Single-hop)的无线随意网络，而不适用于多点跳跃(Multi-hop)的无线随意网络。非(non-)同步电源管理协定不需仰赖工作站间需达到时间同步。·缺点：需要费较长的时间与电力才能发现邻近工作站的存在。半(semi-)同步[同步+异步]电源管理协议的概念是相邻的工作站会组成丛集(Cluster)。个别丛集内的工作站采同步式电源管理协议。不同丛集内的工作站采非(non-)同步电源管理协定，以期待发现其他群组的工作站。半同步(semi-asy)电源管理协议：丛集(cluster)内采同步电源管理；丛集(cluster)间采异步电源管理每一丛集有一看守者(watcher)，由成员轮流担任，负责实行异步电源管理。看守者指派机制：·以噪声比为基准(SNRprobabilitybased)·以坐标位置为基准(Location-based)·半同步电源管理协议下Beacon结构(如下图)：一Beacon区间有四个可能窗口/期间(windows)：·(清醒)Activewindow：无线电收发器在开启状态·(同步)Synchronouswindow：让丛集首发Beacon·Beaconwindow：让非丛集首成员发它们的Beacon·MTIMwindow丛集(cluster)内采同步电源管理的工作站，它们的Beacon间隔/区间被称为同步间隔(Synchronousinterval,如前图(c))；看守者(watcher)，负责执行异步电源管理协议。假如工作站采取的是periodically-fully-awake-interval电源管理协议。则Beacon间隔会被分成全醒(fully-awake)间隔和低功率(low-power)间隔；·ully-awake间隔将会每P个Beacon间隔出现一次·其它间隔为low-power间隔半同步电源管理协议，工作站会采回合(round)方式调整自己的角色·回合开始工作站自己决定角色·每一回合有q个Beacon间隔(q为P的倍数)·如果某工作站为看守者；该工作站在这回合采异步电源管理。反之，该工作站在这回合采同步电源管理·每一回合每一丛集都须有看守者迅速侦测到相邻丛集的存在看守者指派机制噪声比(SNRprobabilitybased)：适合松散*(loosely-coupled)丛集；每一回合每一工作站主动计算担任看守者角色的机率，P·n=该工作站侦测到属于同丛集的相邻工作站个数·k=该工作站移动速度因子·d=该工作站与丛集首的距离(可由SNR强度估计)·r=该工作站的通讯范围(sensingrange)(loosely-coupled)丛集：丛集首不会特别地去维护整个丛集架构。(tightly-coupled)丛集：丛集首会掌握每一个丛集成员的所在位置信息。坐标位置基础(Location-based)：适合紧密(tightly-coupled)丛集；丛集首知道每一丛集成员的位置信息。一种Greedy算法：·丛集首邻近丛集成员的集合=CH；每一回合丛集首从中指派k个成员担任看守者·第一个被指派的看守者为CH中离丛集首最远者；新CH=CH\{该看守者}·下一个看守者为CH中能覆盖最多未被前看守者们覆盖的范围；新CH=CH\{该看守者}·直到新CH为空集合CH更新为原先的CH。(loosely-coupled)丛集：丛集首不会特别地去维护整个丛集架构。(tightly-coupled)丛集：丛集首会掌握每一个丛集成员的所在位置信息。电力控制电力控制：调整发送讯号所需的电力;可以省电，减低讯号间干扰，提高无线频道使用率。电力控制基本协议电力控制基本协议：[利用MAC{RTS/CTS/DATA/ACK}中讯息传输的电力→大大小小]·工作站(S)，欲传资料封包给工作站(R)。·首先S以最大传输电力(Pmax)，发出RST讯框；·当R收到RTS后，会以最大传输电力(Pmax)，回传CST讯框。·S收到CTS后，会根据收到的电力(Pr)，计算要传DATA给R的最小传输电力(Pdesired)；Pdesired=Pmax/PrPrminc,Prmin是RxSensitivity，c是一常数。·收到DATA后，R也会根据收到的RTS电力，计算要回传ACK给S的最小传输电力例：Pmax=1W；Pr=0.7W；Prmin(RxSensitivity)=0.3WC=1.1Pdesired=Pmax/PrPrminc=1/0.7*0.3*1.1=0.47WRxSensitivity：灵敏度。是在规定的信号下面解调出这个信号的正确率超过95%的时候信号的最小强度定期脉冲调整的电力控制协议·(Jung&Vidya,2002)指出“基本协定”→网络封包传输率下降及消耗更多电力·(传输方)传输范围(transmissionrange)：在范围内可收到传输方传送的讯号且能解读(decode)收到的讯号·载波(carrier)侦测范围(sensingrange)：在范围内可侦测到传输方发出的讯框讯号，但未必能解读(decode)讯框的内容·一般而言，侦测范围>传输范围(2倍)；其大小和传输方传输电力大小有关·载波(carrier)侦测区域(sensingzone)=扣除传输范围所含盖的地区网络配置向量·(802.11MAC)判断媒介是否处于可用状态·网络配置向量(NAV)：媒介会被使用的时间(或欲使用媒介必须等待的时间)·如果工作站间进行RTS-CTS-DATA-ACK交换程序时：·其它位于交换程序对应的传输范围内的工作站：可由收到的RTS与CTS解读讯框携带的信息来更新NAV。·其它位于交换程序对应的侦测区域内的工作站：因无法解读讯框内容故只能依IEEE802.11将NAV设为一个延长讯框间隔(EIFS)*的大小[避免与回传的ACK碰撞]*EIFS=SIFS+DIFS+ACK传送的时间.基本协议导致封包碰撞-例子解决基本电力控制(powercontrol)协定“ACK”碰撞(collision)的问题→新协定新协定(PCM)除下列外：所有的运作都和基本电力控制协议相同。·资料讯框会周期*地调整传输电力**在Pdesired和Pmax之间*约每隔EIFS调整一次电力**最大电力Pmax应尽可能短，但要维持到物理载波能够被接收器侦测到的时间利用忙碌音调*的电力控制协议协定结合：·RTS-CTS交换机制→得知距离→可调整发送讯号→减低讯号间干扰电力控制→省电·忙碌音调(*busytone)频道使用→避免封包碰撞这协定将通道(channel)分为两子通道(数据、控制)及两个(BTt、BTr)在不同频带极窄的忙碌音调频道：·数据信道(datachannel)-DATA走数据信道与·控制通道(controlchannel)-RTS/CTS走控制通道；·忙碌音调(busytone)频道为两距离足够开(故不干扰)的极窄频道。给两忙碌音调：传输忙碌音调,BTt;与接收忙碌音调,BTr双忙碌音调多任务存取(DBTMA)协定:忙碌音调频道打开(turnedon)：告知邻近工作站，数据信道在使用为传输或接收数据。[故要发送资料的工作站(即发送RTS者)必须打开BTt忙碌音调频道；而回复CTS的工作站必须打开BTr忙碌音调频道]·当一工作站想发送RTS时，必须确定周遭没有接收忙碌音调，BTr。[当听到BTr，就不该有传送要求。]·当一工作站想回复CTS时，必须确定周遭没有传输忙碌音调，BTt。[当听到BTt，就不该同意对方传送。]利用忙碌音调(BTt,BTr)：图(a)未使用电力控制–A与B正在进行封包传递·D听到A的BTt，因此C与D的封包传递会被抑制的·同样，E听到B的BTr，因此E与F的封包传递会被抑制的·利用忙碌音调(BTt,BTr)加上“电力控制”：利用忙碌音调(BTt,BTr)加上“电力控制”协议运作分成三大部分：1.调控电力发送：DATA讯框和BTt2.将使用最大的电力发送：CTS讯框和BTr。3.传送RTS讯框所需的电力将根据所侦测到的BTr的强度做适当的调整。无线传感器网络简介概念无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSNs)是由许多自主(自动化)的装置(autonomousdevices)[一般又称传感器节点(Sensornode)]所组成。每一装置备有：感测器(sensors)：感测之用、无线电收发机(transceivers)：通讯传输之用、处理器(processor)：计算之用、内存(storageresources)与执行器/促动器(actuators/actors)：如警报、洒水等。无线通讯、电池技术及嵌入式微处理器(embeddedmicroprocessor)技术的进步与整合带动了WSNs的发展。主要概念感测范围(Sensingrange)：节点传感器能够侦测到环境的变數[如：温度、光度、湿度及磁场等]的范围。传输范围(Communicationrage)：资料由节点透过无线通信方式传输的范围。节点把收集到的信息，透过无线通信方式來沟通，并且使用多点跳跃(multi-hop)的方式回报给资料收集端(SinkorDatacollector)。资料收集端透过资料网络将收集到的资料传至后端服务器(server)给网络管理者分析与应用。资料传输协议在WSN中，大部份资料传输为传送至单一目的地：即资料收集端(SinkorDatacollector)。适用于无线传感器网络的资料传输协议，大致上可以分为三大類：资料中心/导向(Data-centric)协定、阶层式(Hierarchical)协定及位置基础/导向(Location-based)协定。（一）资料中心协议在无线传感器网络中，其资料传输的传感器本身的地址并不重要。重要的是：资料内容以及收集到的资料被感测到的位置。此類协定的例子：泛滥法与随机选择法(Flooding,Gossiping)(1),SPIN(2),直接扩散(DD)(3)泛滥法与随机选择法泛滥法(flooding)优点：可靠性(reliability)缺点：·一节点收到多个相同封包·传输方向可能背离目的地·侦测收到的重复封包，消耗不必要的电力·无止尽传送→TTL(传感器网络里数据包能被转发的最大跳数)随机选择法(gossiping)：[randomlychoosesomenodestoforward]优点：改善节点收到多个相同封包的缺点。缺点：传输延迟可能会增加， 可能有些节点没收到封包。SPINSPIN协议的三个讯息ADV：节点有(感测到的)资料要分享时，即广告ADV讯息[包含Meta-Data**描述感测到的资料。REQ：节点想要某资料时，即传包含Meta-Data描述的REQ讯息[例，收到ADV讯息的节点想要其Meta-Data所描述的资料时，回应REQ讯息]。DATA：包含真正的资料。收到DATA封包的节点继续向邻居发送ADV讯息。直接扩散(DD)直接扩散(DirectedDiffusion,DD)属于查询启动的一种被动资料传输协议协定的一些主要组件：命名(Naming)感兴趣的事物(Interests)及一段走道坡度(gradients)资料传输(Datapropagation)(负)强化(negative)reinforcement-sink资料命名资料系统(scheme)·每一笔资料以”属性-值”配对(Attribute–Valuepair)[属性=值]命名·任务描述(Taskdescription)由一系列的(属性、值)配对命名來描述任务；每一查询都使用[属性=值]命名；这样查询的被称为感兴趣的(interest)事物·Sink节点启动(initiates)感兴趣的(interest)事物查询·从Sink的所有邻居广播此查询至整个网络感兴趣的事物感兴趣的事物(Interest)描述一须要感测网络(sensor-net)的任务。Sink*经由它的所有邻居注入(广播)感兴趣的事物(Interest)查询[在此时Source**节点尚未知]感兴趣的事物查询经由一节点到下一节点(hop-by-hop)扩散(diffuse)至整个网络[在这阶段未对回路(Loops)做检查]感兴趣的事物(Interest)查询会被贮藏(cached)在查询经过节点的一暂存区*Sink：启动(initiates)感兴趣的(interest)事物查询的节点**Source：发现感兴趣的事物的节点。走道建立(丛集首Setup)由Sink到Source的每一节点：·除贮藏(cached)感兴趣的事物(Interest)查询于一暂存区·在感兴趣的事物(Interest)查询传送的反方向建立一段走道/坡度(gradient)走道/坡度(gradient)·指向与感兴趣的事物(Interest)查询传送的邻居的走向(direction)·会给定一數值→选择路径资料传输感测到某事件发生之节点(sourcenode)：检查是否为事件暂存区中所感兴趣的事件计算每一资料走道(gradients)要求的事件速率(eventrate)并要求传感器按最高速率取样→eventdescription=datamessage→由各走道(gradients)传送收到datamessage的节点(Receivingnode)：·若不是事件暂存区中所感兴趣的事件drop·检查资料暂存区(datacache*)看该datamessage是否已收到过已收过drop加入cache·计算每一资料走道(gradients)要求的事件速率(eventrate)；后继续将它送出强化资料收集节点(Sinknode):·得到超过一条以上的回传路径。·会从其中选一资料频率最高的路径，·对该路径发出增强讯息。Sinknode：资料收集节点当一路径中断(timeout)时，会使用增强讯息重新找一新路径。（二）阶层式协定阶层式(Hierarchical)协议采用的是网络丛集化(Clustering)的概念，以增加网络的延展性(scalability)，避免当网络区域变的很大，以及节点數大量增加时，造成过多的通讯负担(overhead)、延迟、以及管理的复杂度。此類协定的例子：LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)：低功耗自适应集簇分层型协议TTDD(Two-TierDataDissemination)：两层的数据传播LEACH低功耗自适应集簇分层型协议

(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)该算法基本思想是：以循环的方式随机选择丛集首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。仿真实验表明，与一般的平面多跳路由协议和静态分层算法相比，LEACH分簇协议可以将网络生命周期延长15%。属二阶层(two-tier)的传输协议；为一分布式协定(不需知悉网络架构)算法包含數回合(rounds)；每一回合有四阶段(phases):群集建立(ClusterSet-up)广告(Advertisement)排程表创立(ScheduleCreation)资料传输(Datatransmission)群(丛)集建立(ClusterSet-up)：群(丛)集首选举-以乱數决定；丛集首会定期更换。群(丛)集首以广告讯息(Advertisement,ADV)公告其身分。其他成员以收到群(丛)集首讯号强弱(RSSIEb/N0)决定其所属群(丛)集广告(Advertisement)：群(丛)集首向外广播ADV(Advertisement)讯息排程表创立(ScheduleCreation)：群(丛)集首以TDMA时间表规范成员传输时段资料传输(Datatransmission)成员把收集到的资料传给群(丛)集首群(丛)集首将收集到的资料(aggregation)传给Sink.TTDD采用网格基础的群(丛)集化(grid-basedclustering)建构感测网络。假设每个感测节点都知道自己的地理(坐标)位置。网络分成上下两层(twotier)：上层为网格网络：Source(侦测到事件发生的节点)以自身为网格点(gridpoint)在感测网络上建立间距固定的虚拟网格。且在每个网格点附近挑一最靠近的节点作为散播节点*(disseminationnode)下层为格内网络(cell)：Sink(发出查询事件的节点)于所在的cell内广播查询封包后由收到查询封包的散播节点传至上层为网格网络直到Source节点。（三）位置导向协议在位置导向协议中，假设每个传感器都知道自己的地理(坐标)位置。此類协定的例子：GAF(GeographicAdaptiveFidelity)GAFGAF把网络分割为虚拟网格(virtualgrids)网格大小：相邻两网格的节点可相互通连(communicate)每个网格内只要有一节点维持运作使整个网络为连通的(connectivity)；故同格内每一节点被视为等价(equivalent)。(传输)GAF网络内每一节点有三状态(states)：探索状态(Discoverystate)：节点一开始的状态去探索与自己在同一网格内的其它节点；并设定一定时器(timer)为Td。当Td为零时，广播探索讯息(Discoverymessage)即进入活动(active)状态。活动状态(Activestate)：节点进入活动状态设定另一定时器(timer)为Ta，节点活动状态的期间。在活动状态的节点可进行资料传输。并且在每段Td就再广播一次探索讯息，直到Ta结束。便回到探索状态。睡眠状态(Sleepstate)：当处于探索状态或活动状态的节点收到來自同一网格内的排名较高的节点的探索讯息时；设定另一定时器(timer)为Ts后，即进入睡眠状态。经过Ts后醒來便回到探索状态。无线传感器网络之应用·智能型办公室系统·居家老人照顾系统运作流程此套系统利用RFID辨识物品的功能加上无线传感器网络的资料搜集与分析，达到监控居家老人定期服用药剂的功能。每一个居家老人身上皆穿戴有一个UHFRFIDtags，如此便能透过UHFRFIDreader监控居家老人的行踨·FireInformationandRescueEquipment(FIRE)系统为一套改善现今消防救灾系统的平台，利用无线传感器网络回报所感测的信息，搭配其自行开发之FireEye防火面罩，能动态地得知火场蔓延状况，并自动地计算出正确且安全疏散路径。此项目主要由三个子项目所组成：FireEye、SmokeNet、及eICS。其中SmokeNet主要由无线感测网络所组成。·SmokeNetSmokeNet为一个动态的无线感测网络，由四种不同的无线模块所组成：smokedetector、spotlight、消防员(firefighter)、和eICS。smokedetector感测模块可以侦测室内的温度变化及火场浓烟情形，由烟雾及温度传感器所组成；spotlight模块为三个LED灯所组成，主要装设于房间的出入口或出口通道，当消防人员或居民欲进入时，能以视觉上的讯号來通告紧急讯息；消防队员(firefighter)是具备有行动能力的，每位消防队员上都携带有一个TelosMote、一个小型可穿戴的计算机、及一个FireEye消防员防火面罩。SmokeNet:一动态无线传感器网络，主要由四种(两静两动)节点组成：1.smokedetector2.Stotlight3.Firefighter4.eICS无线传感器网络覆盖问题简介基本概念：覆盖(coverage)/連结性(connectivity)范围与时间感测区域(sensingfield)·网路覆盖程度(sensingcoverage)vs.感测能力(sensingcapability)·网路連结性(networkconnectivity)·通讯(或传输)范围(Communicationrange)·网路寿命(sensornetworklifetime)·运作(或执勤)时间(on-dutytime/dutycycle)–排程以二元模型为基础的覆盖问题解决方法1.基本概念：感测距離(sensingrange)，r：在離传感器r以内的任何一点所发生的事件都可被感测到·j-覆盖位置(j-coveredlocation)：若一(事件发生的)位置是在某一个传感器(S)的感测距離(sensingrange)内则称此位置被传感器(S)覆盖(covered)。一点若在至少j个传感器的感测距離内则称此位置为j-覆盖(j-covered)位置。·J-覆盖区域(j-coveredarea)：区域内每一点皆为j-覆盖一般要求无线傳感器網絡须是k-covered,k≥3是为了为了容错(faulttolerant)。特别应用。如三点定位(trilateration)[需3点位置信息]交点(intersectionpoints)：给定一凸多边形区域A与多个二元模型传感器，定义兩种交点：1.兩传感器之感测(圆盘)边界(sensingcircle)的交点2.一传感器之感测(圆盘)边界与多边形区域,A边界的交点。定理(Wangetal,2003)：若上述描述的所有交点为k-covered*，则区域A亦为k-covered。覆盖配置协定(CoverageConfigurationProtocol,CCP)：一开始所有传感器皆处于活动狀态(activestate)；若传感器发现其感测区域为过分覆盖它可进入睡眠狀态(sleepstate)；一睡眠狀态的传感器会周期地醒來进入聆听狀态(listenstate)去衡量是否应进入活动狀态。圆周-覆盖(perimetercovered)：感测(圆盘)边界(sensingcircle)如何被覆盖传感器是k-圆周-覆盖(k-perimeter-covered)：在区域内，传感器圆周上的每一点都被k个以上的其它传感器所覆盖。定理：假设传感器都在感测区域的不同位置；整个区域为k-covered若且唯若所有传感器都是k-圆周-覆盖(k-perimeter-covered)。注意：当有一传感器是k-perimeter-covered时，它的感测范围不一定是k-covered。以机率模型为基础的覆盖问题解决方法感测会受到一些不确定因素的影响；前述二元模型(绝对)方法不大适用于实际上→机率假设为基础的感测模型。第i个传感器对位置u的感测机率(感测能力)为pi(u)。网路上n个传感器合力(即至少有一个传感器)对位置u的感测机率为P(u),机率感测模型分类讯号衰减模型(signaldecaymodel)：位于li的传感器i对目标物位置u所发射的讯号所感测到的能量。对數常态遮蔽模型(log-normalshadowingmodel)：是广被使用为讯号传输模型(signalpropagationmodel)來表示讯号在开放空间(openspace)的衰减效应。讯号衰减模型位于li的传感器i对目标物位置u所发射的讯号所感测到的能量为：K是目标物发射的能量，k是介于2到5的衰减系數，Ni是常态分配噪声。定义传感器i对目标物位置u的感测能力：pi(u)=prob[Ei(u)≥η],η代表接收端的敏感度(Receiversensitivity)。环境噪声与长距離会降低感测能力:pi(u)。对數常态遮蔽模型是广被使用为讯号传输模型(signalpropagationmodel)來表示讯号在开放空间(openspace)的衰减效应。我们可导出位于li的传感器i对目标物位置u所发射的讯号测到的能量为Ei(u)=K-PL(||u-li||)，K是目标物发射的能量，PL是路径衰减函數，Ns表示遮蔽(shadowing)效应的常态分配Ahmedetal.,等人于2005年定义覆盖问题为：当感测区域内的每一点被侦测到的机率都大于或等于一要求值，此区域才被认为是足够覆盖的(sufficientlycovered)。以暴露程度为基础的覆盖问题解决方法1.假设目标物会移动并穿越感测区(sensingfield)。最大突破(破坏/裂痕)路径(maximumbreachpath,MBP)：路径上的任何一点距離它们最近的传感器的距離为最大[最差感应能力]最大支援路径(maximumsupportpath,MSP)：路径上的任何一点距離它们最近的传感器的距離为最小[最佳感应能力]关键是利用(传感器)节点的Voronoidiagram和Delaunaytriangulation來求这路径·Voronoidiagram：每一个凸多边形区域只包含一传感器，对区域内任一点q距该传感器(比较其他传感器)为最近。[由連接兩邻近传感器线段的垂直平分线所组成]·Delaunaytriangulation：其三个传感器形成的三角形的外接圆不可包含任何其它的传感器。[連接Voronoidiagram有共边的兩传感器而形成]Voronoidiagram假设P={p1,p2,…,pn}是在平面上的一些定点(传感器所在的位置)，P所生成的Voronoi-Diagram将平面分割成n个凸多边形区域，每一个区域Ai包含P中的一点pi，对一个区域Ai中任一点q；若且唯若dist(q,pi)≦dist(q,pj)对于所有pj(j≠i)。由連接兩邻近传感器线段的垂直平分线所组成。因为Voronoidiagram的边界线段上的每一点離最近传感器都有最大距離，故maximumbreach(破坏)path(MBP)一定为Voronoidiagram的边界线段上建立maximumbreachpath三步骤：产生Voronoidiagram：連接兩邻近传感器线段的垂直平分线应用图論(graphtheoryabstraction)；应用Binary-Search与Breadth-First-Search建立MBPMBP算法一般而言Voronoidiagram边界可无线延伸，但因感测区A为有限，故Voronoidiagram修剪到区域A边界。因目标物沿区域A边界为可侦测路径故找MBP时Voronoidiagram将A边界加入Voronoidiagram。·对给定的一组传感器S，建立线段上有权重的Voronoidiagram。[该线段的权重：该线段到最近传感器的最短距離]。·于最小与最大权重间用binarysearch选取Voronoidiagram线段；每一步使用权重大于breach_weight的线段以BFS(breadth-first-search)检验若I到F路径存在则扩大breach_weight反之缩小breach_weight。一但完成，此算法会找到一条I到F最高权重的可能路径。DelaunaytriangulationDelaunaytriangulation会产生有最小边长的三角形(???)故最大支持路径(maximumsupportpath,MSP)一定会是那组传感器S所生成的Delaunaytriangulation的线段上要找出一条最大支持路径(MSP)一样是借Delaunaytriangulation线段权重及寻找MBP的相類似步骤來完成。[这里线段权重是取该线段的长度]最小暴露路径移动时间愈久愈容易暴露。定义:于时间区间[t1,t2],沿路径p(t)在感测区域内一目标物的暴露(Exposure)程度定义为：·I(F,p(t))为感测区域的强度覆盖问题与排程协议在一感测区域(field)若有多余的传感器，可以将多余的传感器关闭至适当时间再开启，节省传感器的能量好的排程(schedule)算法，增加传感器网路的寿命集合覆盖(setcover)方法给定一组传感器C={s1,s2,…,sn}与在感测区域内一组有限目标集合(finitetargetset)T：要找出最多的无交集的C之子集合(又称为集合覆盖(setcover))來覆盖T[maximumdisjointsetcoverproblem]=简单的分组(一次用完)要找出數个集合覆盖(setcover)；且每一集合给与一界于0与1间的时间权重值(timeweight)使得其权重和为最大；同时任一传感器的时间权重总和≤1(每ㄧ个传感器的电池寿命相同=1)。[maximumsetcoverproblem]=较复杂的排班(可分次使用)分布式排程方法回合(Frame)：时间分割为一連串的回合阶段(phase)：一回合分为初始阶段(initializationphase)感测阶段(sensingphase)輪(round)：感测阶段分成一連串相等的輪格子(Grid)：感测区域划分为格狀图→感测区域的每一格子点(Gridpoint)在每一輪(round)的每一刻都至少被一传感器覆盖(withinsensingrange)。在初始阶段，传感器i随机产生一參考时间(Refi)并与邻近传感器交换这时间信息；每个传感器须依其參考时间加入其覆盖的每一格子点的排程表(schedule)→每一格子点在每一輪的每一刻都至少被一传感器覆盖。每一传感器(A,B,C)对其覆盖的每个格子点(X)都得到时间表。最后要将其整合(integrated)为单一的传感器排程表。网格逼近法出现一些缺点：会出现一些小的未被覆盖的洞每ㄧ个传感器覆盖的格子点排程表计算的复杂度[Huanget.al.,2005]提出依进阶架构：用传感器间感测范围交点(不用格子点)计算排程表明显降低计算的复杂度让传感器更明确地选择他们的參考时间平衡传感器间电力消耗。覆盖问题与連结性无线传感器正常运作时的基本要求：·感测范围内每一点都会被侦测到(覆盖问题)·侦测到的资料能送回资料收集端(sink)(通讯連结性)事实***(Wangetal,2003)：当传输(通讯)距離(transmissionrange)≥兩倍感测距離(sensingrange)时，傳感器網絡是k-covered意味着也是k-connected*；即满足覆盖条件能同时满足連结性。·*k-connected：从网路移除任何(k-1)个传感器网路仍然是連结的(connected)感测区域A≡分成k个无交集的传感器集合；每一个传感器集合都使感测区域A为1-covered感测区域A为k-covered。感测：不需另ㄧ节点；计算到涵盖的区域(圆的周围)通讯：需到达另ㄧ节点的位置(圆心)覆盖配置协议当Rt≥2Rs时，k-covered意味着k-connected当Rt<2Rs时，[只有CCP]无法保证connectivity。CCP+SPAN：(SPAN试着要维持一条通讯骨干(communicationbackbone)來提供連结性。同时让那些不在骨干上的传感器进入睡眠狀态。如果一传感器满足CCP或SPAN的工作原则。CCP+SPAN整合协定会让它处于活动狀态。否则，它可进入睡眠狀态。)感测区域切成网格狀(grid)传感器对不在感测范围内的格子点(crossingpoints)的侦测机率为零；但对感测范围内的格子点的侦测机率也不是100%计算传感器对感测范围内的格子点的侦测机率。传感器A对格子点的多余程度(redundancydegree)：(a)该传感器A对格子点所贡献的侦测机率(b)其它传感器对该格子点所贡献的侦测机率；(c)其它传感器对格子点所贡献的侦测机率愈大；传感器A的多余程度也愈大。若某传感器对其所覆盖的所有格子点的多余程度都大于一门坎值(Threshold)；则此传感器可成为睡眠模式(sleepmode)的后选节点成为睡眠模式的后选传感器若发现任兩个邻居(?)是連结的则它即可进入睡眠模式；否则留在活动狀态。报告内容总结：4G概念：第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G，又称IMT-Advanced技术。4G标准共有6个技术提案：北美标准化组织IEEE的802.16m、日本（两项分别基于LTE-A和802.16m、3GPP的LTE-A）、韩国（基于802.16m）和中国（TD-LTE-Advanced）、欧洲标准化组织3GPP（LTE-A）。4G的标准——符合100Mbps传输数据的速度。4G标准——LTE（1）LTE(LongTermEvolution,长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。主要特点：在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，相对于3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。4G标准——LTE-Advanced（2）LTE-Advanced的正式名称为FurtherAdvancementsforE-UTRA，它满足ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。LTE-Advanced是一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命。相关特性：带宽：100MHz峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz针对室内环境进行优化有效支持新频段和大带宽应用峰值速率大幅提高，频谱效率有限的改进4G标准——WiMax（3）全球微波互联接入，WiMAX的另一个名字是IEEE802.16。WiMAX的技术起点较高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。802.16工作的频段采用的是无需授权频段，范围在2GHz至66GHz之间，而802.16a则是一种采用2G至11GHz无需授权频段的宽带无线接入系统，其频道带宽可根据需求在1.5M至20MHz范围进行调整，具有更好高速移动下无缝切换的IEEE802.16m的技术正在研发。因此，802.16所使用的频谱可能比其它任何无线技术更丰富。优点：对于已知的干扰，窄的信道带宽有利于避开干扰，而且有利于节省频谱资源。灵活的带宽调整能力，有利于运营商或用户协调频谱资源。WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，能够使无线网络的覆盖面积大大提升。缺陷：移动性有着先天的缺陷，无法满足高速(≧50km/h)下的网络的无缝链接，从这个意义上讲，WiMax还无法达到3G网络的水平，严格地说并不能算作移动通信技术，而仅仅是无线局域网的技术。4G标准——HSPA+（4）HSPA+是HSPA的衍生版，而HSPA技术是由HSDPA(高速下行链路分组接入技术)和HSUPA(高速上行链路分组接入技术)两种技术结合而成，在3GPP中，HSDPA作为Rel-5引入，而HSUPA则是Rel-6的一个非常重要的特性。在Rel-7和RelL-8中，HSPA+会带来极大的性能增强，目的是使基于HSPA的无线网络在频谱效率、峰值速率和时延方面的性能得到显著提高，从而能充分利用WCDMA网络的资源潜力，所以说HSPA+是能够在HSPA网络上进行改造而升级的一种经济而高效的4G网络。4G标准——WirelessMAN-Advanced（5）WiMax的升级版，即IEEE802.16m标准。802.16m最高可以提供1Gbps无线传输速率，还将兼容未来的4G无线网络。802.16m可在“漫游”模式或高效率/强信号模式下提供1Gbps的下行速率。该标准还支持“高移动”模式，能够提供1Gbps速率。优势：提高网络覆盖，改建链路预算；提高频谱效率；提高数据和VOIP容量；低时延&QoS增强；功耗节省5种网络数据规格：极低速率为16kbps，低数率数据及低速多媒体为144kbps，中速多媒体为2Mbps，高速多媒体为30Mbps超高速多媒体则达到了30Mbps1Gbps。美国5大运营商目前4G标准：

Verizon运营商：LTE技术

AT&T运营商：LTE技术

Sprint运营商：WiMAX技术

T-Mobile运营商：HSPA+技术

MetroPCS运营商：LTE技术TD-LTE-Advanced(LTE-AdvancedTDD制式)是中国继TD-SCDMA之后，提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术。4G系统网络结构4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。第四代移动通信系统的关键技术包括：信道传输、抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源、软件无线电、网络结构协议等。第四代移动通信系统主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心。OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以提供无线数据技术质量更高（速率高、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G无线网提供更好的方案。4G核心技术（1）·正交频分复用（OFDM）技术OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。4G核心技术（2）·软件无线电软件无线电的基本思想是把尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。4G核心技术（3）·智能天线技术智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。4G核心技术（4）·多输入多输出（MIMO）技术MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。4G核心技术（5）·基于IP的核心网4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。4G优势和劣势优点：通信速度更快，网络频谱更宽，通信更加灵活，智能性能更高，兼容性能更平滑，提供各种增值服务，实现高质量通信，频率使用效率更高，通信费用更加便宜缺点：技术标准难以统一，容量受到限制，市场难以消化，其他相关困难4G主要应用视频通话/在线视频，云（计算）服务，在线游戏，区域社交服务，手机导航定位5G1.定义：由于多数的802.11n设备是为2.4GHz频段设计的较少，同时还有其他工作于2.4GHz的设备的干扰，即使在双空间流40MHz频宽下其连接速率能达到300Mbps，但是实际网络环境中，由于相互的信道冲突等原因，其实际吞吐并不高，用户体验差。302.11ac专门为5GHz设计，特有的新射频特点，能够将现有的无线局域网的性能吞吐提高到可以与有线千兆级网络相媲美的程度。主要技术特征更密的调制模式更宽的信道带宽更多的空间流波速成形MU-MIMO五个知识点吞吐量：理论上它可以达到1.3Gbps工作范围:持5GHz频段向下兼容:信道干扰问题:信道频率将提高到80至160MHz，数据速率显著增加，达到160MHz802.11ac需要更多的设备来普及优点.802.11ac它是专门为5GHz频段设计的。这个频段为关键的数据速率增强功能之一的通道绑定提供了更大的灵活性。 802.11ac的第二个好处是尽管数据速率显著增加，电源消耗与802.11n类似的容量相比还减少了。 802.11ac引进了一个可选购的功能。一台传送设备能够同时向多个接收设备传送流视频等数据。挑战 同许多技术进步一样，802.11ac是非常复杂的。对于通用消费者市场的技术来说，这肯定是非常糟糕的事情。 电源在802.11ac中仍然是一个挑战，特别是对于那些作为高带宽数据源的设备来说更是如此。 还有许多现在难以实现的技术Kinect2.0定义：Kinect是由微软开发，应用于Xbox360和XboxOne主机的周边设备。它让玩家不需要手持或踩踏控制器，而是使用语音指令或手势来操作Xbox360和XboxOne的系统界面。Kinect依靠相机捕捉三维空间中玩家的运动。Kinect的整体结构技术特点使用红外定位；Kinect不仅能够通过红外线识别人体，还可以识别出完整的RGB色彩，并借助面部识别技术自动为用户登录；在混杂了游戏音效和其他噪音的背景下Kinect依然可以清晰地分辨出语音命令；能够进行骨架跟踪，进行关节和肢体活动的映射；配备自有界面；内置聊天软件VideoKinect功能侦测3D影像：LightCoding技术，光源标定，Kinect侦测3D影像；人体骨架追踪：音频处理NUIAPI自然用户界面是KinectAPI的核心，从图像传感器中提取数据，并且控制Kinect设备。主要功能：提供连接至PC的Kinect传感器元件的访问接口提供由Kinect成像传感器生成的图像和深度数据流访问接口传送处理过的图像和深度数据，用来支持骨骼跟踪技术缺陷·Kinect系统在运行时将占据XBOX360大约10%-15%的CPU资源。·Kinect对于玩家所处位置的限制还是比较大的，要求玩家距离设备1.6—3米。·如果你只能距离大概2米以内的话，kinect只支持一个玩家。如果要支持两个玩家的识别，Kinect就要求两个玩家都一定要超过2米。当然，还要求玩家到设备中间的空间没有任何阻碍物。从这点上看，不是很方便。·存在一些延迟。·在某些简单游戏中也会遭遇跳帧等问题，这或许是因为Kinect要利用Xbox360的处理器来处理所有数据所致。·该产品并未配备独立的处理器。Kinect2.0中通用的手势：WAVE手势激活、PUSH手势表示移动、TURN手势表示旋转、SWIPE手势表示关闭、POINT或TOUCH手势表示选择，探出手臂（EXTENDTHEHAND）手势代表射击、PINCH和SPREAD手势表示缩放。基于OpenFlow的SDN技术定义：是一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制。OpenFlow技术介绍·OpenFlow网络：由OpenFlow交换机、FlowVisor和Controller三部分组成。·OpenFlow交换机由流表、安全通道和OpenFlow协议三部分组成。·安全通道是连接OpenFlow交换机到控制器的接口。控制器通过这个接口控制和管理交换机，同时控制器接收来自交换机的事件并向交换机发送数据包。·OpenFlow协议用来描述控制器和交换机之间交互所用信息的标准，以及控制器和交换机的接口标准。·OpenFlow协议支持三种信息类型：Controller-to-Switch，Asynchronous和Symmetric，每一个类型都有多个子类型。OpenFlow标准和规范·OF规范主要分为如下四大部分（1）OpenFlow的端口（Port）OpenFlow规范将Switch上的端口分为3种类别：a)物理端口，即设备上物理可见的端口；b)逻辑端口，在物理端口基础上由Switch设备抽象出来的逻辑端口，如为tunnel或者聚合等功能而实现的逻辑端口；c)OpenFlow定义的端口。OpenFlow目前总共定义了ALL、CONTROLLER、TABLE、IN_PORT、ANY、LOCAL、NORMAL和FLOOD等8种端口。（2）OpenFlow的FlowTable（流表）OpenFlow通过用户定义的或者预设的规则来匹配和处理网络包。一条OpenFlow的规则由匹配域（MatchFields）、优先级（Priority）、处理指令（Instructions）和统计数据（如Counters）等字段组成。（3）OpenFlow的通信通道OpenFlow规范定义了一个OpenFlowSwitch如何与Controller建立连接、通讯以及相关消息类型等。OpenFlow规范中定义了三种消息类型：Controller/Switch消息，是指由Controller发起、Switch接收并处理的消息，主要包括Features、Configuration、Modify-State、Read-State、Packet-out、Barrier和Role-Request等消息。b）异步（Asynchronous）消息，是由Switch发送给Controller、用来通知Switch上发生的某些异步事件的消息，主要包括Packet-in、Flow-Removed、Port-status和Error等。c）对称（Symmetric）消息，顾名思义，这些都是双向对称的消息，主要用来建立连接、检测对方是否在线等，包括Hello、Echo和Experimenter三种消息。第五代移动通信技术（5G）1.5G的特点以用户为中心，更动态化，更节约能源，可以用在所有的不同频段上，可以支持包括物联网在内的所有接入终端2.关键技术高频段传输、新型多天线传输、同时同频全双工、终端直通技术（D2D）、密集网络、新型网络架构无限个人可穿戴网络1.特点：(a)无线覆盖范围：2-3米 接近人体大小(b)高可靠性和安全通信 保护个人信息(c)特定吸收率(SAR) 降低对身体的热影响(d)低功耗、长时间电池使用2.BSN主要研究方向数据采集————传感器技术 数据处理————计算机技术数据传输————通信技术3.传感器的要求微型化，低成本，低功耗，抗干扰，便携式4.常见的BSN网络拓扑结构有三种：点对点通信、单跳星型网络和网型多跳结构。物联网及其应用物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“TheInternetofthings”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。特点一是全面感知即通过嵌入在物品和设施中的传感器和数据采集设备，随时随地获取物质世界的各种信息并数据化；二是可靠传递通过对每一件物品的识别和通讯，将数据化的虚拟事物联入网络，将物体的信息实时准确地传送与交互；三是智能处理利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，提升对物质世界、