无线传感器网络作业

1分析WSN和AD hoc网络特征的相同之处和不同处？

移动Ad hoc网络是由无线移动节点组成的具有任意和临时性网络拓扑的动态自组织网络系统，有时称作MANET（Mobile Ad hoc NETworks，移动Ad hoc 网络）。每个节点既可以作为主机，同时也可以作为路由器来使用，除了可以运行用户应用程序，还可以通过其它节点转发数据包，节点之间是以对等方式连接的。

无线传感器网络是一种独立出现的计算机网络，它的基本组成单位是节点，这些节点集成了传感器、微处理器、无线接口和电源四个模块。

1.1 相同点

都是自组织网络，网络自动配置，动态拓扑结构，需要考虑网络的安全性等。

1.2 不同点

无线传感器网络作为一种分布式传感器网络和移动Ad hoc网络有相似点，但又有很多不同。移动Ad hoc网络可以用于没有无线基础设施存在或出于费用和安全方面的考虑不方便设置无线基础设施的场合，而传感器很多时候被布置在近地环境中，地波吸收现象不能被忽视，并且高密度布置的传感器网络中的多用户接口也造成了很高的误比特率。

作为移动通信的两种基本组网模式之一，移动ad hoc 网络中的传输模型是典型的多对多式，而传感器网中的传输模型更偏向于分层次模型（多对一传输）。一般来说，无线传感器网络的节点比典型的移动终端或手持设备有更多的资源受限要求，但对于计算的要求则是可有可无的，当需要执行计算任务时，如果通信成本比计算成本低，计算任务就被送到中心节点去执行。

2.WSN和传统无线宽带网络在设计中，各自的首要设计目标是什么？

2.1 WSN的首要设计目标

通常传感器节点都由能量有限的电池提供能量,且在实际应用中由于传感器节点数量多,分布广,部署环境复杂,因而在大多数部署环境中通过更换电池或充电的方式来补充能量是不可行的。能量有限是WSN发展的一个瓶颈。因此,如何合理有效地使用现有能量最大化WSN的生命周期便成了首要的设计目标。其中生命周期是指从网络开始正常运行到第一个节点由于能量耗尽所经历的时间。

2.2 无线宽带网络的首要设计目标

传统宽带无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才考虑节约能源。

3.无线传感器网络的特点

目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad hoc网络等，无线传感器网络在通信方式、动态组网以及多跳通信等方面有许多相似之处，但同时也存在很大的差别。无线传感器网络具有许多其鲜明的特点：（1）传感器节点体积小、能量有限

传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点数目庞大，成本要求低廉，分布区域广，而且部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。如何在使用过程中节省能源，最大化网络的生命周期，是传感器网络面临的首要挑战。

（2）通信能力有限

传感器网络的通信带宽窄而且经常变化，通信覆盖范围只有几十到几百米。传感器节点之间的通信断接频繁，经常容易导致通信失败。由于传感器网络更多地受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，传感器可能会长时间脱离网络，离线工作。如何在有限通信能力的条件下高质量地完成感知信息的处理与传输，是传感器网络面临的挑战之一。

（3）节点存储和计算能力有限

传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求它价格低功耗小，这些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。如何利用有限的计算和存储资源完成诸多协同任务成为传感器网络设计的挑战。

（4）网络规模大、分布广

传感器网络中的节点分布密集，数量巨大，可能达到几百、几千万，甚至更多。此外，传感器网络可以分布在很广泛的地理区域。传感器网络的这一特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护，因此传感器网络的软、硬件必须具有高强壮性和容错性，以满足传感器网络的功能要求。

（5）自组织、动态性网络

在传感器网络应用中，节点通常被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，而是通过随机布撒的方式。这就要求传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监控数据的多跳无线网络系统。同时，由于部分传感器节点能量耗尽或环境因素造成失效，以及经常有新的节点加入，或是网络中的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性，这就要求传感器网络必须具有很强的动态性，以适应网络拓扑结构的动态变化。

（6）以数据为中心的网络

传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。观察者感兴趣的是传感器产生的数据，而不是传感器本身。观察者不会提出这样的查询：“从A节点到B 节点的连接是如何实现的?”，他们经常会提出如下的查询：“网络覆盖区域中哪些地区出现毒气?”。在传感器网络中，传感器节点不需要地址之类的标识。因此，传感器网络是一种以数据为中心的网络。

4.802.1

5.4协议的特点？包括主要的针对的应用场合、解决传输误码的方法，说明和ZIGBEE、6LoWPAN的层次关系。

4.1 802.1

5.4协议的特点

802.15.4是一个低数据率的WPAN(LR-AN)标准，它具有复杂度低、成本极少、功耗很小的特点，能在低成本设备之间进行低数据率的传输。

IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz 物理层。两个物理层都基于直接序列扩频(DSSS)，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。

IEEE802.15.4支持多种网络拓扑结构。最简单的一种是星型网，只有一个网络协调器，连接多个从设备。为了降低系统成本，IEEE802.15.4定义了两种物理设备—完整功能设备(FFD)和部分功能设备(RFD)。FFD支持各种拓扑结构，可以作为网络协调器，可以与任何其他设备对话;RFD仅支持星型结构，不能作为网络协调器，只能与网络协调器对话，但是实现非常简单。在星型网中只有网络协调器是FFD，其他均为RFD。另一种网络结构是对等网络，它的覆盖范围很大，有成千上万个节点。网络中的每一个FFD也可作为路由器，通过路由协议来优化最短和最可靠的路径，同时路由协议还可根据情况动态变化。

4.2 802.1

5.4协议的应用场合

IEEE802.15.4特别适合应用于嵌人式系统、微处理器等领域，希望建立一种可以连接每个电子设备的无线网的场合。

4.3 802.1

5.4协议解决误码的方法

在802.15.4标准中提到了两种机制解决误码问题。一种机制是使用短帧格式=小于128B)以减少单个帧出错的概率；另外一种机制是利用MAC帧中的校验机制验证收到的数据是否出错。MAC帧的校验码长16位，使用ITU标准的16位校验生成算法生成。

4.4 802.1

5.4协议和ZigBee、6LoWPAN层次关系

IEEE802.15.4标准具有可扩展性，只规定了底层:为单一的媒体访问控制(MAC)层和多样的物理层，至于MAC层以上的协议，可以采用不同的方案。由此就产生了多种不同的技术，ZigBee和6LoWPAN就是其中的两个。