无线传感器网络实用教程

1、无线传感网络的组成：数据猎取网络、数据分布网络、掌握治理中心2、传感器网络的特点：大规模网络、自组织网络、多跳路由、动态性网络、以数据为中心的网络、兼容性应用的网络。3、传感器节点的限制：电源能量有限、通信力量有限、计算和存储力量有限4、传感器网络的关键技术：网络拓扑掌握、网络协议、网络安全、时间同步、定位技术、数据融合、数据治理、无线通信技术、嵌入式操作做系统、应用层技术。5、无线传感器网络体系构造概述无线传感器网络是由大量的秘籍部署在监控区域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统到现有的网络根底设施上。6、无线传感器网络软件体系构造：网络适配层、根底软件层、网络中间件、配置中间件、功能中间件、治理中间件、安全中间件。7、无线传感器网络的协议栈包括：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层，能量治理、移动治理、任务治理等平台。8、定位和时间子层在协议栈中的位置比较特别，他们既要依靠于数据传输通道进展协作定MAC协议、基于地理位置的路由协议等都需要定位和同步信息。9、无线传感器网络通信体系构造无线传感器网络中的节点数目众多，传感器网络可扩展性要强；自组织传感器网络最大的特点是能量受限传感器网络节点受损概率较高，因此网络强健性保障是必需的；网络拓扑构造变化快。10、路由协议分类依据传输过程承受路径的多少，分为单路径路由协议、多路径路由协议；依据节点在路由过程中是否有层次构造、作用是否有差异，可分为平面路由协议和层次路由协议；依据路由建立时机与数据发送的先后关系，分为主动路由协议、按需路由协议、混合路由协议；依据是否以地理位置来标识目的地、路由计算中是否利用地理位置信息，可分为基于地理位置的路由协议和非基于位置的路由协议；依据是否以数据来标识目的地，可分为基于数据的路由协议和非基于数据地址的路由协议；依据节点是否编址、是否以地址标识目的地，可分为基于地址的路由协议和基于非地址的路由协议；QoSQoSQoS的路由协议；依据数据在传输过程中是否进展聚合处理，可分为数据聚合的路由协议和非数据聚合的路由协议；依据路由是否由源节点指定，可分为源站路由协议和非源站路由协议；依据路由建立时机是否与查询有关路由协议。11、平面路由协议：FloodingGossipingDDRumorSPIN协议、EAR协议、GBR协议、HREEMR协议、SMECN协议、GEM协议、SCBR协议、SAR协议。12、层次路由协议：LEACH协议、PEGASIS协议、TEEN协议、GAF协议、GEAR协议、SPAN协议、SOP协议、MECN协议、EARSN协议。13、MAC争论现状和趋势MAC协议争论也侧重于能耗因素及相应节能策略，而其他方面并没有突破传统自组网MAC协议的设计策略，因而针对应用需求或业务特点量身设计，或者与节能策略相结合以进一步提高能量有效性或在多个其它特别需求中权衡取舍，渐渐成为MAC协议争论的另一趋势。14WSNMAC协议的因素WSNMAC延迟、吞吐量、公正性；能耗因素分析：空闲侦听、消息碰撞、窃听、掌握报文开销、发送失效、在掌握节点间的信道安排时假设掌握消息过多也会消耗较多网络能量；通信模式：播送模式、会聚模式、本地通信、多播模式。15、MAC协议特点TDMA的接入方式；利用分群构造群首局部集中掌握的机制；与多跳转发相关的资源安排策略；冗余相关数据的隐聚合。16、WSNMAC协议设计策略由于不同场合对网络的要求不同，MAC协议的设计面临着各种各样与应用相关的业务特性和需求因此并不存在一种通用MAC协议；MAC协议设计的关键因素；由于最初WSN被假定为是由静态节点组成的，但随着应用需求要求节点具有自主MAC协议移动性设计也提出了更高的要求；MAC协议的设计应考虑到网络安全的因素，引入肯定的安全机制，对现有安全协议进展优化。17、WSNMAC协议分类依据承受分布式掌握还是集中掌握，可分为分布式执行的协议和集中掌握的协议；依据使用的信道数，可分为单信道、双信道、多信道；TDMACSMA的随机竞争方式和混合式三种；依据承受节点的工作方式，可分为侦听、唤醒、调度三种。18、拓扑掌握算法平面网络中的拓扑掌握——功率掌握：概率分析法、计算几何法；；Adhoc网络设计算法、CLUSTERPOW；其他一些启发式算法：基于地理位置的拓扑算法M应拓扑算法、在传感器掩盖率的根底上关闭节点。19、拓扑掌握的设计目标世界的感知力量；扑掌握必需保证网络的连通性；质量时才是存活的；能量的同时，也可以在肯定程度上提高网络的吞吐力量；干扰和竞争：减小通信干扰、削减MAC层的竞争和延长网络的生命周期根本上是全都的。网络延迟：低放射功率由于缓解了竞争而减小了网络延迟。拓扑性质：期望具有连通性、对称性、平面性、稀疏性、节点度的有界性、有限伸展性，还要考虑如负载均衡、简洁性、牢靠性、可扩展性等其他方面。20、拓扑掌握的争论现状掌握、基于邻近图的功率掌握；睡眠调整：非层次型网络的睡眠调度算法、层次型网络的睡眠调度算法。21、拓扑模型：单位圆图、准规章单位圆图、Gabriel图、相关邻近图、最小生成树、其它常用的拓扑模型。22、传感器节点定位的根本概念WSN的定位问题一般指对于一组未知位置坐标的网络节点，依靠有限的位置区域范围，结合节点间交换的信息和锚节点的位置，来确定每个节点的位置。23、WSN定位算法的特点自组织性：传感网络的节点随机分布，不能依靠全局的根底设施帮助定位；强健性：传感器节点的硬件配置低、能量少、牢靠性差、测量距离时会产生误差，算法必需具有良好的容错性；的生存周期。通信开销是传感器网络的主要能量开销；中计算。24、传感器节点定位的根本术语信半径内，可以与其直接通信的全部其他点；跳数：是指两个节点之间间隔的跳段总数；跳段距离：是指两个节点间隔的各跳段距离之和；承受信号强度指示：是指节点接收到无线信号的强度大小；到达时间：是指信号从一个节点传播到另一个节点所需要的时间；时间之差；到达角度：是指节点接收到的信号相对于自身轴线的角度；视线关系：是指两个节点间没有障碍物间隔，能够直接通信；非视线关系：是指两个节点之间存在障碍物；根底设施：是指帮助传感器节点定位的自身位置的固定设备。25、传感器节点定位的评价指标：定位精度、规模、锚节点密度、节点密度、容错性和自适应性、功耗、代价。〔公式自己复习〕接收信号强度指示法；到达时间法；到达时间差法； 〕到达角法、常用定位计算法〔公式自己复习〕三边定位与求解；三角定位与求解；极大似然估量法。27、消息传递过程SendTime：取决于系统调用开销和处理器当前负载；AccessTime：取决于网络当前负载状况；TransmissionTime：取决于消息长度和发送速率；PropagationTime：取决于节点间距离；ReceptionTimec〕对应；ReceiveTime：接收节点重组装消息并传递给上层应用所需的时间。28、算法设计的影响因素传感器节点需要彼此并行操作和协作去完成简单的传感任务操作的一种实例，其主要是将不同的节点收集的数据融合为一个有意义的结果；很多节能方案是利用时间同步来实现的。时间同步是TDMA信道调度的根底。29直接性。30、经典时间同步算法基于参考播送的时间同步协议；WSN时间同步协议；Tiny-SyncMini-Sync算法；LTS算法。30、基于前同步思想的同步算法延时测量时间同步协议；FTSP；HRTSBTS；其他同步思想。31、基于后同步思想的时间同步协议单脉冲同步机制；RBS时间同步机制。32、无线传感器网络的安全问题分析物理层的攻击与防范：拥塞攻击、物理破坏；数据链路层的攻击与防范：碰撞攻击、耗尽攻击、非公正竞争；击、虫洞攻击、Helloflood攻击、告知收到哄骗；传输层的攻击与防范；应用层的攻击与防范。33、无线传感器网络安全要求：数据保密性、数据认证、数据完整性、数据实时性、密钥治理、真实性、扩展性、可用性、自组织性、鲁棒性。34、无线传感器网络的路由安全无线传感器网络路由协议受到的攻击；认证。35、密钥治理密钥治理是数据加密技术中的重要一环的有关问题，涉及系统的初始化、密钥的生成、存储、备份恢复、装入、验证、传递、保管、使用、安排、保护、更、掌握、丧失、撤消、和销毁等多方面内容，也包括密钥的行政治理制度和治理人员的素养。EschenauerGligor提出了一种分布式传感器网络中的密钥治理方案；Chan等提出一种传感器网络中的随机密钥预分方案；Jolly等提出一种节能的密钥治理协议；Perring等提出一种传感器网络安全协议SPINS；SatiaJajodiaLEAP；DuDeng提出传感器网络中的一种密钥对预分发方案图的方法实现密钥的分发；LiuNing架；Wadaa等提出一种可扩密钥治理方案。36、身份认证存储开销，这打算了在资源受限的传感器上使用数字签名和公钥证书机制是不行行的，案。37、攻防技术：DoS攻击、Sybil攻击、Sinkhole攻击、Wormhole攻击、Hello泛洪攻击、选择转发攻击。38、工业无线通信协议E1E1无线局域网包括物理层和C层以上并未涉及。MAC层协议结合了物理载波侦听多址访问与碰撞退避机制以及RTS，CTSCSMA/CA机制。IEEE802.15.1标准：IEEE802.15.1是一种蓝牙通信标准，主要应用于无限个域网，具有近距离通信、低能耗、低本钱的特点。IEEE802.15.4LR-WPAN的物理层和媒体访问掌握层的标准，ZigBee，WirelessHARTMIWI标准的根底。Ea中承受的关键技术：多维度多存取技术、p扩频技术。39、IEEE802.15.4网络协议栈物理层：数据效劳的功能：1〕激活和休眠射频收发器；2〕信道能量检测；3〕检测接收数据包的链路质量指标；4〕空闲信道评估；5〕收发数据。MAC子层：主要功能：1〕协调器产生并发送信标帧，一般设备依据协调器的信标帧与协调器同步；2〕支持PAN网络的关联和取消关联操作；3〕支持无线信道通信安全；4〕使用CSMA-CA机制访问信道；5〕支持时槽保障机制；6〕支持不同设MAC层间牢靠传输。鲁棒性：在LR-WPAN网络中有两种机制解决传输误码问题。一种机制是使用短帧MAC帧中的校验机制验证收到的数据是否出错。MAC16ITU16CRC校验生成算法产生。池消耗和消息延迟之间做出权衡；安全效劳：1〕帧安全；2〕安全模式。40、ZigBee标准概要ZigBeeIEEE802.15.4标准的协议的名称，这一协议标准由ZigBee联盟维护。ZigBee802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250Kbps，与其他ZigBee网络、低功耗和低本钱应用。41、ZigBee技术优势数据传输率低：10-250Kbps，专注于低速数据传输方面的应用；功耗低：在低功耗模式下，两节一般56-24个月；本钱低：ZigBee数据传输率低，协议简洁，大大降低了本钱；65000个设备；30ms15ms，活动设备信道接入时15ms；网络的自组织、自愈力量强、通信牢靠；数据安全：ZigBee供给了数据完整性检查和鉴权功能，承受AES-128加密算法，可敏捷确定其安全属性；工作频段敏捷：ZigBee2.4GHzISM频段、欧洲的868MHz频段，以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是16，1，102.4GHzISM2.4GHz16250Kbps。42、ZigBee协议栈ZigBeeZigBee堆栈的余下局部，他们都是组件中可寻址的组件；802.15.4MAC层：MACMAC层安全：他能供给两个设备之间的牢靠连接；效劳接取点：ZigBee堆栈的大多数层有两个接口：数据实体接口和治理实体接口；ZigBeeZigBee规格定义了信任中心的用途。信任中心是在网络中心安排安全密钥的一种令人信任的设备；ZigBee堆栈容量和设备：ZigBee标准规定可以在一个单一的网络中容纳655635个Co-ordinator、Router、EndDevice三种类型。43、ZigBee协议的消息格式及帧格式ZigBee127个字节组成主要包括：MAC报头〔该报头包含当前被传输消息的源地址及目的地址、NWK报头〔该报头包含了消息的实际原地APS〔该ID，簇ID及当前消息的目的终端、APS有效荷载〔该域包含了待ZigBee协议帧。ZigBee协议帧格式：KVP帧：是专用的比较标准的信息格式，承受