无线传感网络

Posted 2021-12-17 想成为大师啊

第一、二章

无线传感网络的定义：

无线传感网络是大量的静止节点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。

传感器节点的限制：

• 电源能量有限
• 通信能力有限
• 计算和存储能力有限

无线传感网络特点：

• 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

无线传感网络的系统性能指标：

• 工作寿命
• 覆盖范围
• 搭建成本以及难易程度
• 响应时间

传感器的组成：

• 敏感元件
• 转换元件
• 基本转换电路

传感器的分类：

• 按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：
  • 能量转换型传感器：在进行信号转换时不需要另外提供能量，把输入信号能量变换成另一种形式能量而输出。
  • 能量控制型传感器：在进行信号转换时，需要先供给能量，由输入信号控制供给的能量，并检测能量的变化作为输出信号。
• 传感器按测量原理分类，主要有物理型、化学型和生物传感器
  • 物理型传感器：物理变化，未产生新的物质
  • 化学传感器：产生了化学变化，有新物质产生
  • 生物传感器：主要利用生物活性物质来进行传感

传感器节点的结构以及功能：

• 处理器模块：对整个节点进行数据处理运算、以及控制
• 储存模块：提供数据存储
• 无线通信模块：进行不同节点间的通信
• 传感器模块：采集模块
• 电源模块：为节点提供能量

CC2530的主要特点如下（部分）：

• 32KB / 64KB / 128KB 或 256KB的系统可编程 Flash
• 8KB在所有模式都带有记忆功能的RAM
• 2.4GHz IEEE 802.15.4兼容 RF 收发器

CC2530片上8051内核：

• 增强型8051内核：增强型8051内核使用8051指令集。指令运行比标准的8051更快。
• 存储空间：CC2530包含一个 DMA 控制器。8KB静态 RAM（ SRAM ）。32KB、64KB、128KB或256KB的片内提供在系统可编程的非易失性存储器（ Flash ）
• 特殊功能寄存器：特殊功能寄存器控制 CC2530 的8051内核以及外设的各种重要功能。

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第三章

无线传感网络的拓扑结构：

• 平面网络结构：
  • 平面网络结构是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，具有完全一致的功能特性，也就是说每个节点均包含相同的MAC、路由、管理和安全等协议。
• 分级网络结构：
  • 分级网络结构（也叫层次网络结构）是无线传感器网络中平面网络结构的一种扩展拓扑结构，网络分为上层和下层两个部分：上层为中心骨干节点，下层为一般传感器节点。通常网络可能存在一个或多个骨干节点，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。
• 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。
• Mesh网络结构：
  • Mesh网络结构是一种新型的无线传感器网络结构，较前面的传统无线网络拓扑结构具有一些结构和技术上的不同

拓扑结构的意义以及主要设计目标：

意义：

• 提高网络寿命
• 减少节点的通信负载
• 辅助路由协议
• 数据融合策略选择
• 节点冗余

主要设计目标：

• 覆盖
• 连通
• 网络生命周期吞吐能力
• 干扰和竞争
• 网络延时
• 拓扑性质

LEACH协议的概念及其特点

LEACH：是一种面向微传感器网络的低能耗自适应分簇的分层式MAC协议。

• 自适应、自动分簇
• 数据传输局部控制
• 低能耗媒质接入
• 可根据特定应用进行数据融合

LEACH协议概述

• 属于无竞争的MAC协议
• 主要用于WSN
• 主要目标为：低能耗
• 主要思想为：动态成簇、网络分层

LEACH协议的流程

分为建立阶段和稳定阶段：

• 建立阶段：分布式分簇形成算法，通过局部自治化达到全局优化的目标
• 簇头的产生可依据多种准则，尽量保证能耗均匀化
• 簇内通信基于TDMA+DSSS技术
• 簇头与基站通信基于CSMA+DSSS技术

LEACH-C基本思想

• 借助基站进行分局分簇控制

覆盖的定义以及覆盖感知模型的概念

定义：覆盖能反映一个无线传感网络某区域被检测和跟踪的状态

覆盖感知模型

• 布尔感知模型：以节点为圆心，以感知距离为半径的圆形区域，只有落在该区域的点才能被节点覆盖（在节点内就是1，不在就是0）
• 概率感知模型：在圆形感知范围内，目标被感知到的概率不是常量，而是由目标节点间距离，节点物理特性等诸多因素决定的变量。

典型的覆盖算法原理以及计算

• 网络（有手就行）
• 圆周（有手就行）

最坏与最佳情况覆盖

最坏与最佳情况覆盖算法同时属于确定性网络路径 / 目标覆盖和栅栏覆盖类型。

• 实 — 最佳
• 虚 — 最差