传感器网络知识点汇总 物院版

传感器网络的基本要素：传感器，感知对象，用户。

传感器网络定义无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以（自组织）和（多跳）的方式构成的无线网络，目的是（协作地探测）（处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息），并报告给用户。

WSN与Ad-hoc的区别项目WSN Ad-hoc网络功能以获取感知信息为主要目的的信息采集网络解决人与人、设备与设备之间信息传输结点能力小型化、低成本、低功耗，处理能力低，通信速率与通信距离有限处理与存储能力、通信能力、可靠性相对强大网络形态大规模、密度高小型网络，密度高后冲突增大拓扑结构一到多、多到一（结点到用户，结点间一般不存在通信）任意的点到点业务特征由用户发起查询或结点检测到异常或周期报告，业务量低传输话音、数据、视频等业务，业务量高关注问题以数据为中心，电池供电，能量有限，所以限制其网络协议算法设计强调简单、高效以通信为目的，与能量无关，以网络容量、QoS、业务传输的有效性为主相同点不依托任何网络基础设施的情况下展开工作；都可以依靠结点之间的自组织行为协调对信道资源的使用以及在网路拓扑动态变化的情况下实现多跳路由转发等功能。

传感器节点的限制条件电源能量有限通信能力受限计算和存储能力受限组网特点自组织性以数据为中心应用相关性动态性网络规模大可靠性传感器网络终端结点结构（简答）传感模块通信模块计算与存储模块电源WSN网络体系结构从无线联网的角度来看，传感器网络结点的体系由分层的网络通信协议，网络管理平台，应用支撑平台三部分组成。

传感器网络的体系结构平面结构，分级结构。

传感器定义一般来说能够把特定的被测信息（物理量，化学量，生物量）按一定规律转换成某种可用信号（电信号，光信号等）的器件或装置，我们把它称为传感器传感器组成敏感元件转换元件基本转换电路常见传感器类型被测量与输出电量的转换原理划分，可分为能量转换型和能量控制型两大类按测量原理分类，主要有物理、化学和生物原理按被测量的性质不同划分为位移传感器、力传感器、温度传感器等按输出信号的性质可分为开关型（二值型）、数字型、模拟型。

传感器的一般特性灵敏度响应特性线性范围稳定性重复性漂移精度分辨率迟滞传感器选型原则测量对象与环境灵敏度频率响应特性线性范围稳定性精度生活中的一种传感器，举例说明，分析其中的传感器探测机理（简答）压电式传感器☐某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为正压电效应。

☐相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。

无线通信物理层的主要技术（三）介质和频段选择调制技术扩频技术扩频技术（四种）直接序列扩频（DSSS）跳频（FHSS）跳时（THSS）宽带线性调频扩频（chirp-SS）MAC协议定义所谓MAC协议就是通过一组规则和过程来有效，有序，公平地使用共享介质。

MAC协议分类（三）竞争分配（S-MAC）混合(Z-MAC)CSMA/CA访问机制原理（简答）当结点要传输一个分组时，它首先侦听信道状态。

如果信道空闲，而且经过一个帧间间隔时间DIFS后，信道仍然空闲，则站点立即开始发送信息。

如果信道忙，则站点始终侦听信道，直到信道的空闲时间超过DIFS。

当信道最终空闲下来的时候，结点进一步使用二进制退避算法，进入退避状态来避免发生碰撞。

IEEE802.11MAC协议规定了三中基本帧间间隔（IFS）SIFS最短帧间间隔PIFS PCF方式下结点使用的帧间间隔DIFS DCF方式下结点使用的帧间间隔无线传感器网络的无效能耗主要来源（五）空闲侦听数据冲突串扰控制开销重复传输S-MAC协议采用的主要机制减少能耗（四）（简答）周期性侦听和睡眠机制流量自适应侦听机制冲突和串音避免机制消息传递机制设计传感器网络路由协议满足条件（四）能量高效可扩展性稳健性快速收敛性路由协议（四类）&&能量感知路由协议基于查询的路由协议地理位置路由协议可靠的路由协议定向扩散路由机制兴趣扩散阶段梯度建立阶段路径加强阶段谣传路由的基本思想（简答）源节点观察到事件发生后，产生一个时间代理消息，代理消息沿随机路径向外传播Sink节点发送事件查询事件沿随机路径在网络中传播当查询消息到达一个保存有事件代理的节点时，就会形成一条从Sink到源节点的路径可靠路由中多路径的建立（简答）不相交多路径是指从源节点到目的节点之间的任意两条路径没有相交的点。

建立过程Sink节点通过主路径增强消息建立主路径Sink 节点发布次优路径增强消息给次优节点中间节点选择自己的最优节点中的非主路径节点转发次优路径增强消息，直到构造成次优路径缠绕多路径⏹克服主路径上单个节点失败的问题⏹由一组缠绕路径组成⏹缠绕路径是对应主路径上的某个节点，在网络没有该节点时，形成的从源节点到目的节点的优化备份路径。

⏹主路径上每个节点都有一条对应的缠绕路径为什么需要同步时间（简答）首先，传感器结点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。

其次，传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。

RBS同步协议基本思想(简答)RBS同步协议基本思想是多个结点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的结点之间进行同步。

TSPN协议（两个阶段）（简答）层次发现阶段第一个阶段生成层次结构，每个结点赋予一个级别，根结点赋予最高级别第0级，第i级的结点至少能够与一个（i-1）级的结点通信同步阶段第二个阶段实现所有树结点的时间同步，第1级结点同步到根结点，第i级的结点同步到第（i-1）级的一个结点，最终所有结点都同步到根结点，实现整个网络的时间同步。

为什么要定位（简答）没有结点位置信息的监测数据往往是没有意义的。

根据结点是否已知自身的位置，将传感器结点分为（信标结点）和（未知结点），信标结点有时也被称为（锚点）。

定位性能评价指标（五）位置精度覆盖范围刷新速度功耗定位实时性简述三角定位，三边定位的基本思想（简答）（基于测距定位）三边已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点D的距离，确定节点D的坐标三角已知A、B、C三个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C的角度，确定节点D的坐标简述质心算法，DV—Hop算法基本思想（简答）（无需测距定位）质心算法多边形的几何中心，称为质心，多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。

质心定位算法首先确定包含未知节点的区域，计算这个区域的质心，并将其作为未知节点的位置。

DV-Hop基本思想：首先：计算未知节点与每个信标节点的最小跳数；然后：估算平均每跳的距离，利用最小跳数乘以平均每跳距离，得到未知节点与信标节点之间的估计距离；最后：利用三边测量法或极大似然估计法计算未知节点的坐标。

根据定位过程中节点定位先后次序的不同，把定位算法分为递增并发数据融合（简答）数据融合也被称为信息融合，是一种多源信息处理技术。

它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确，完整的评估或判断。

节省整个网络的能量增强所收集数据的准确性提高收集数据的效率根据数据融合与应用层数据语义之间的关系分类（三）依赖于应用的数据融合(ADDA) 独立于应用的数据融合（AIDA）结合以上两种的数据融合根据融合操作的级别分类（三）数据级融合特征级融合决策级融合传感器网络的电源节能方法（二）（&&）休眠机制数据融合传感器网络物理层可能受到的攻击（二）拥塞攻击物理破坏传感器网络链路层可能受到的攻击（三）碰撞攻击耗尽攻击非公平竞争传感器网络网络层可能受到的攻击（七）虚假的路由信息选择性的转发Sinkhole攻击Sybil攻击Wormhole攻击HELLO flood攻击确认欺骗传感器网络安全框架协议: SPINS (简答)SNEP协议提供点到点通信认证、数据机密性、完整性和新鲜性等安全服务；μTESLA协议则提供对广播消息的数据认证服务。

传感器网络的支撑技术（五）时间同步机制定位技术数据融合能量管理安全机制计算机网络的研究与设计方法（三）分析方法实验方法模拟方法常用网络仿真软件平台（五）TOSSIM OMNeT++ MATLAB OPNET NS操作系统TinyOS后台管理软件的组成（四）数据库数据处理引擎后台组件图形用户界面ZigBee冲突避免机制CSMA/CA的空闲信道评估IEEE802.15.4协议应用于哪两层物理层MAC子层ZigBee包括3个频段27个信道ZigBee协议框架完整的ZigBee协议栈自上而下由应用层，应用汇聚层，网络层，数据链路层和物理层组成。

ZigBee三种拓扑结构星形结构网状结构簇树形结构ZigBee三种设备类型RFD FFD 网络协调器（FFD担当）ZigBee三种类型适用范围(简答)☐精简功能设备（RFD）⏹RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。

⏹附带有限的功能来控制成本和复杂性⏹在网络中通常用作终端设备。

⏹ZigBee相对简单的实现自然节省了费用。

RFD由于省掉了内存和其他电路，降低了ZigBee部件的成本，而简单的8位处理器和小协议栈也有助于降低成本。

☐全功能设备（FFD）⏹可以担任网络协调者，形成网络，让其他的FFD或是精简功能装置（RFD）连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。

⏹附带由标准指定的全部802.15.4功能和所有特征⏹更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用⏹也能用作终端设备☐网络协调器⏹包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。

⏹发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。

编译软件（简答）软件编译器☐C\C++编译器⏹ADS⏹SDT⏹Realview⏹IAR—EWARM⏹GNU硬件编译器ARM系列支持JTAG标准、规范⏹Multi-ICE⏹J-Link⏹Trace32编程接口电路JTAG编程方法（编程，调试）SPI编程方法（3线）（仅调试）。