无线传感器总结复习资料

无线传感器总结1、现代信息科学的六个组成部分信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分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网络的区别不同点：（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(Many-to-One)通信，节点之间几乎不会发生消息交换。

以数据为中心（Data Centric），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。

相同点（补充）：基本不需要人的干预，大部分工作是以自组织的方式完成的，二者统称为自组织网络（Self-Organization Networks）。

二者的研究都是追求低功耗的自组织网络设计。

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(1)组网形态和方式来看，有集中式、分布式和混合式集中式结构：类似移动通信的蜂窝结构，集中管理；分布式结构：类似Ad Hoc网络结构，可自组织网络接人连接，分布管理；混合式结构：包括集中式和分布式结构的组合。

无线传感器网络的网状式结构，类似Mesh 网络结构，网状分布连接和管理。

(2)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）平面网络结构：无线传感器网络中最简单的一种拓扑结构，所有节点为对等结构。

这种网络拓扑结构简单，易维护，具有较好的健壮性。

分级网络结构：分为上层和下层两个部分：上层为中心骨干节点，骨干节点之间或一般传感器节点之间采用的是平面网络结构；下层为一般传感器节点。

所有骨干节点为对等结构，骨干节点和一般传感器节点有不同的功能特性，每个骨干节点均包含相同的MAC、路由、管理和安全等功能协议；混合网络结构：混合网络结构是无线传感器网络中平面网络结构和分级网络结构的一种混合拓扑结构。

这种结构支持的功能更加强大，但所需硬件成本更高。

Mesh网络结构：从结构来看，Mesh网络是规则分布的网络，不同于完全连接的网络结构。

通常只允许和节点最近的邻居通信。

网络内部的节点一般都是相同的，因此Mesh网络也称为对等网。

由于通常Mesh网络结构节点之间存在多条路由路径，网络对于单点或单个链路故障具有较强的容错能力和鲁棒性。

Mesh网络结构最大优点就是尽管所有节点都是对等的地位，且具有相同的计算和通信传输功能。

特点：由无线节点构成网络；节点按照Mesh拓扑结构部署；支持多跳路由；功耗限制和移动性取决于节点类型及应用的特点；存在多种网络接入方式。

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由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元4部分组成8、WSN路由协议的基本概念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9、WSN与IP网络区别（1）WSN中节点数量多，配置全局ID是不可能的（2）不要求建立任意两个节点之间的路由路径（3）应用需求多样化（4）存在大量的数据冗余10、WSN路由协议分类（数据，集群，地理信息及QoS）（1）数据为中心路由协议--SPIN (Flooding)，Directed Diffusion (Gradient)（2）集群（Cluster）结构的路由协议：单层和多层--LEACH, TEEN，APTEEN，TTDD （3）地理信息路由协议 --LAR，GAF，GPSR， GEAR （4）QOS路由协议 --QOS路由协议11、内爆和重叠现象的解释（做图）内爆(Implosion)：节点向邻居节点转发数据包，不管其是否收到过相同的（将同一个数据包多次转发给同一个节点的现象就是内爆）（左图）重叠(Overlap)：感知节点感知区域有重叠，导致数据冗余（右图）12、SPIN协议的三步握手协议，并解释（1）节点A有新数据，通过ADV发布新数据信息，使用元数据（2）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（3）A节点向B节点传送源数据（4）B节点融合新数据，并通过ADV发布新数据消息DATA（5）如果节点ADV中描述的数据的副本就忽略该消息SPIN协议采用三次握手协议来实现数据的交互，协议运行过程中使用三种报文数据：ADV、REQ和DATA。

ADV用于数据的广播，当某个节点有数据可以共享时，可以用ADV数据包通知其邻居节点；REQ用于发送数据，当某一个收到ADV的节点希望收到DATA数据包时，发送REQ数据包；DATA为原始感知数据包，里面装载了原始感知数据。

13、SPIN协议的协商通过元数据来解决元数据：节点感知数据的抽象描述，一种对源数据的一个映射，比源数据短（数据压缩）（1）元数据描述实数据（2）元数据与时数据一一对应避免传输冗余数据14、DD协议的三个阶段----兴趣扩散、梯度建立和路径加强（会画图）·汇聚节点发送查询消息·兴趣消息：任务性质、数据采集/发送数率、时间戳等·中间节点：记录、转发·梯度：表示了数据的传输方向15、什么是谣传路由针对DD 方法中采用泛洪方法建立路径带来的开销过大问题，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，同时汇集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。

16、LEACH 协议经过2个阶段（簇头建立和数据传输）网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段：(1)簇头建立阶段：·节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头；·簇头节点广播自己成为簇头的事实；·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；·簇头节点按照TDMA 的调度，给依附于他的节点分配时间片；（2）数据传输阶段：节点在分配给它的时间片上发送数据。

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。

延长节点的工作时间，并且实现节点的能耗平衡。

20、簇头选择的策略每个传感器节点选择[0，1]之间的一个随机数，如果选定的值小于某一个阈值，那么这个节点成为簇头节点，计算如下：N 表示网络中传感器节点的个数，k 为一个网络中的簇头节点数，r 为已完成的回合数，G 为网络生存期总的回合数。

一个回合表示一个周期，分为两个阶段：簇的建立和稳定的数据传输阶段。

18、爬山算法与模拟退火，举例说明（1）爬山算法 ( Hill Climbing )爬山算法是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。

爬山算法实现很简单，其主要缺点是会陷入局部最优解，而不一定能搜索到全局最优解。

如图1所示：假设C 点为当前解，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。

{G n 0)]/mod([)(∈-=如其它情况k n r k N k n T（2）模拟退火(SA, Simulated Annealing)思想爬山法是完完全全的贪心法，每次都鼠目寸光的选择一个当前最优解，因此只能搜索到局部的最优值。

模拟退火其实也是一种贪心算法，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。

以前图为例，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。

（3）关于爬山算法与模拟退火，有一个有趣的比喻爬山算法：兔子朝着比现在高的地方跳去。

它找到了不远处的最高山峰。

但是这座山不一定是珠穆朗玛峰。

这就是爬山算法，它不能保证局部最优值就是全局最优值；模拟退火：兔子喝醉了。

它随机地跳了很长时间。

这期间，它可能走向高处，也可能踏入平地。

但是，它渐渐清醒了并朝最高方向跳去。

这就是模拟退火。

21、LAR路由协议中的期望域和寻找域·期望域（Expected Zone）：可能出现的区域·寻找域（Request Zone）：限定一个路由请求区域，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域以外的其他区域。

19、如何解决地理信息路由算法中的局部优化和空旷域问题，路由空洞，右手法则，边界转发，贪婪策略；·存在x到D的路径·x的邻居w, y离D的距离比x大·D与X间距离为半径的圆与X的一跳传输范围发生重叠，且重叠区域内没有X的邻居节点，称该重叠区域为X的空旷区域。

F是最佳主机解决方法：边界转发 Perimeters Forwarding边界转发时的右手法则(如右上图)·一个数据分组从节点y到达节点x；·下一条边的选择：下一边是以x为定点，沿(x，y)逆时针方向上的第一条边，图中为(x，z)·后续各边同样依次法则确定；边界转发·数据包在x点进入边界转发模式，通过face边界向目的节点D转发，这些face都被xD 穿越；·转发边的选择采用右手法则，初始边为xD；·数据包在同一个face中转发时采用右手法则，当碰到与xD相交的边时，进行face切换，进入下一个face；常用的贪婪策略·MFR (Most Forward within Radius)：使到目的节点的跳数最少·NFP (Nearest with Forward Progress)：选择最近的邻居节点，使节点之间干扰最少·CR (Compass Routing) ：减小数据传输范围局部优化问题的解决·选择一个邻居节点使数据分组距离目的节点的距离变大（GPSR属于这个方法）；·建议丢弃该数据分组，由于WSN的网络拓扑是动态变化的，出现局部优化问题的时间也是短暂的，丢弃的数据分组可以用更高层的重传来恢复；路由空洞问题路由空洞：·邻居节点传输代价都比本地节点大；·选择邻居节点中代价最小的作为转发节点；·修改本地节点的转发代价；F(N,R)= F(Nmin,R)+C(N,Nmin) ，C(N,Nmin)表示将数据包从N传送到Nmin的代价22、如何解决网络能量和负载均衡提出的方法汇聚节点移动最优移动策略：Sink节点在网络外边界移动，左图为圆形网络模型，灰色区域是Sink节点移动区域。