无线传感网络整理
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❖ 第一章
1:无线传感网络特点： 1．传感器节点数目大，密度高，采用空间位置寻址。 2．传感器节点的能量、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。）
无线宽带网络 (GSM,,3G,WiFi,WiMax)
带宽优化
3：传感器节点 4 个模块构成： 传感器模块：信息采集、数据转换 处理器模块：控制、数据处理、网络协议 无线通讯模块：无线通信，交换控制信息和收发采集数据 能量供应模块：提供能量
4：拓扑结构： 无线传感器网络的网络拓扑结构是组织无线传感器节点的组网技术，有多种形态和组网方 式。按照其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，可自组织网络接入连接，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。
基于查询的路由协议 泛洪（Flooding）算法的主要思想是由源节点发起数据广播，然后任意一个收到广播的节点 都无条件将该数据副本广播出去，每一节点都重复这样的过程直到数据遍历全网或者达到规 定的最大跳数。 算法不用维护网络拓扑结构和路由计算，实现简单。但是最主要的是内爆和重叠以及资源盲 点等。 内爆现象 重叠现象 Gossiping 协议是对 Flooding 协议的改进 当节点收到数据包时，只将数据包随机转发给与其相邻的节点的某一个节点或几个，而不是 所有节点。
2：WSN，Ad hoc 和无线宽带网络关系及各自特点： 相同点：
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。 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（准）静态的。
5：WSN 协议栈的 5 层协议和 3 个管理平台： WSN 协议栈多采用五层协议： 应用层 基于监源自文库任务的应用层软件 传输层 负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分 网络层 负责路由生成与路由选择 数据链路层 负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制 物理层 提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术 能源管理平台：
当相邻节点收到数据包时，也采用同样的办法转发给与其相邻某一个节点。 优点：就降低了数据转发重叠的可能性，避免了信息内爆现象的产生; 缺点：点到点的时延较大 由于随机转发某一个节点的方向并不一定在距离目的节点更近的方向上，因此容易造成数据 到达目的节点时间过长或者跳数己达到最大，而数据还没有到达目的节点，造成递送失败。 刚开始的很短的时间内发送速率很大，但是随着数据的发送，速度会明显降低，而且它并不 能很好解决重叠的问题。 SPIN 考虑到 WSN 的数据冗余，临近节点所感知的数据具有相似性，通过节点间协商方式 减少数据传输量，只广播其他节点没有的数据 优点 SPIN 利用三步握手机制 （解决内爆） SPIN 利用数据融合（DC），部分解决了重叠问题 不需要进行路由维护 对网络拓扑变化不敏感，可用于移动 WSN 缺点 当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发 本质上 SPIN 还是向全网扩散新消息，开销比较大 当多个节点向同一个节点同时发送 REQ 时，需要退避算法 虽然减轻了数据内爆，但在较大规模网络中，ADV 内爆仍然存在。 集群结构路由协议 地理位置路由协议
管理传感器节点如何使用能量； 移动管理平台：
检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节点能够跟踪它的邻 居；
任务管理平台： 在一个给定的区域内平衡和调度监测任务
6：国际标准①IEEE 802.15.4 与②Zigbee 的关系： ①IEEE 802.15.4, 属于物理层和 MAC 层标准，已成为 WSN 的事实标准。 ②Zigbee, 在 IEEE 802.15.4 之上，重点制定网络层、安全层、应用层的标准规范
（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。
准静态拓扑结构 多对一模式
网内数据处理
WSN
功耗优化
动态拓扑结构 分组传输
Ad Hoc
❖ 第二章：
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。 1：路由协议特点： 考虑网络和节点能量优化 节点能量限制，大部分能量用于通信，所以研究低功耗的通信协议，尤其是路由协议 具有高可扩展性 网络规模，节点上千个，节点越多，路由收敛越慢、路由越不稳定，Ad Hoc 的路由不能照 搬 网络拓扑变化强 节点移动、失效 & 无线信道 & 规模大，拓扑变化频繁，如何建立快速收敛、复杂度低的 路由？） 传感器网络路由中使用数据融合技术（数据为中心） 传统网络以点对点通信，保证数据“完整无误”；WSN 强调数据汇聚，为了降耗，每个节 点都进行数据融合，减小通信量 传感器网络中流量分布不对称 数据收集网络&多源单 Sink，越接近 Sink，流量越大 其他：冗余设计、定位、覆盖性、QoS 等
2：其他网络协议不适用与 wsn 的原因： 与传统网络不同： （传统网络（如 GSM）放在 QoS 上；WSN 重点在能耗上）
3：四种路由协议： 能量感知路由协议 节点根据可用能量（power available，PA）或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径。 节点可用能量就是节点当前的剩余能量。
1:无线传感网络特点： 1．传感器节点数目大，密度高，采用空间位置寻址。 2．传感器节点的能量、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。）
无线宽带网络 (GSM,,3G,WiFi,WiMax)
带宽优化
3：传感器节点 4 个模块构成： 传感器模块：信息采集、数据转换 处理器模块：控制、数据处理、网络协议 无线通讯模块：无线通信，交换控制信息和收发采集数据 能量供应模块：提供能量
4：拓扑结构： 无线传感器网络的网络拓扑结构是组织无线传感器节点的组网技术，有多种形态和组网方 式。按照其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，可自组织网络接入连接，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。
基于查询的路由协议 泛洪（Flooding）算法的主要思想是由源节点发起数据广播，然后任意一个收到广播的节点 都无条件将该数据副本广播出去，每一节点都重复这样的过程直到数据遍历全网或者达到规 定的最大跳数。 算法不用维护网络拓扑结构和路由计算，实现简单。但是最主要的是内爆和重叠以及资源盲 点等。 内爆现象 重叠现象 Gossiping 协议是对 Flooding 协议的改进 当节点收到数据包时，只将数据包随机转发给与其相邻的节点的某一个节点或几个，而不是 所有节点。
2：WSN，Ad hoc 和无线宽带网络关系及各自特点： 相同点：
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。 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（准）静态的。
5：WSN 协议栈的 5 层协议和 3 个管理平台： WSN 协议栈多采用五层协议： 应用层 基于监源自文库任务的应用层软件 传输层 负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分 网络层 负责路由生成与路由选择 数据链路层 负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制 物理层 提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术 能源管理平台：
当相邻节点收到数据包时，也采用同样的办法转发给与其相邻某一个节点。 优点：就降低了数据转发重叠的可能性，避免了信息内爆现象的产生; 缺点：点到点的时延较大 由于随机转发某一个节点的方向并不一定在距离目的节点更近的方向上，因此容易造成数据 到达目的节点时间过长或者跳数己达到最大，而数据还没有到达目的节点，造成递送失败。 刚开始的很短的时间内发送速率很大，但是随着数据的发送，速度会明显降低，而且它并不 能很好解决重叠的问题。 SPIN 考虑到 WSN 的数据冗余，临近节点所感知的数据具有相似性，通过节点间协商方式 减少数据传输量，只广播其他节点没有的数据 优点 SPIN 利用三步握手机制 （解决内爆） SPIN 利用数据融合（DC），部分解决了重叠问题 不需要进行路由维护 对网络拓扑变化不敏感，可用于移动 WSN 缺点 当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发 本质上 SPIN 还是向全网扩散新消息，开销比较大 当多个节点向同一个节点同时发送 REQ 时，需要退避算法 虽然减轻了数据内爆，但在较大规模网络中，ADV 内爆仍然存在。 集群结构路由协议 地理位置路由协议
管理传感器节点如何使用能量； 移动管理平台：
检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节点能够跟踪它的邻 居；
任务管理平台： 在一个给定的区域内平衡和调度监测任务
6：国际标准①IEEE 802.15.4 与②Zigbee 的关系： ①IEEE 802.15.4, 属于物理层和 MAC 层标准，已成为 WSN 的事实标准。 ②Zigbee, 在 IEEE 802.15.4 之上，重点制定网络层、安全层、应用层的标准规范
（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。
准静态拓扑结构 多对一模式
网内数据处理
WSN
功耗优化
动态拓扑结构 分组传输
Ad Hoc
❖ 第二章：
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。 1：路由协议特点： 考虑网络和节点能量优化 节点能量限制，大部分能量用于通信，所以研究低功耗的通信协议，尤其是路由协议 具有高可扩展性 网络规模，节点上千个，节点越多，路由收敛越慢、路由越不稳定，Ad Hoc 的路由不能照 搬 网络拓扑变化强 节点移动、失效 & 无线信道 & 规模大，拓扑变化频繁，如何建立快速收敛、复杂度低的 路由？） 传感器网络路由中使用数据融合技术（数据为中心） 传统网络以点对点通信，保证数据“完整无误”；WSN 强调数据汇聚，为了降耗，每个节 点都进行数据融合，减小通信量 传感器网络中流量分布不对称 数据收集网络&多源单 Sink，越接近 Sink，流量越大 其他：冗余设计、定位、覆盖性、QoS 等
2：其他网络协议不适用与 wsn 的原因： 与传统网络不同： （传统网络（如 GSM）放在 QoS 上；WSN 重点在能耗上）
3：四种路由协议： 能量感知路由协议 节点根据可用能量（power available，PA）或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径。 节点可用能量就是节点当前的剩余能量。