無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的同步技術(shù)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以高度分布式的拓撲結(jié)構(gòu)，通過無線的傳輸方式，把在不同地點的傳感器連接成為網(wǎng)絡(luò)，共同完成感知／監(jiān)控、計算、通信、控制等功能，在軍事和民用方面都有著廣泛的應(yīng)用。
《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的同步技術(shù)——參數(shù)估計性能基準及協(xié)議》由阿欽·瑟潘汀、卡西姆·M·喬哈里著，唐萬斌、馮嫻靜等人譯。研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一：時鐘同步技術(shù)。當(dāng)執(zhí)行數(shù)據(jù)融合、功率管理、傳輸調(diào)度、定位和安全等許多操作時。時間同步對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的。本書在介紹通用時鐘模型的基礎(chǔ)上，總結(jié)了一系列適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步協(xié)議，特別是推導(dǎo)了有效的時鐘偏移估計方案和其性能基準。
《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的同步技術(shù)——參數(shù)估計性能基準及協(xié)議》為電子和計算機工程的研究生提供了理解和學(xué)習(xí)時鐘同步協(xié)議、算法和性能的非常有價值的參考，也為相關(guān)研究人員在設(shè)計有效的時鐘同步算法、改進現(xiàn)有的同步協(xié)議的性能過程中提供很好的幫助。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用第章 時間同步技術(shù).ppt
第6章 時間同步技術(shù) 6.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步機制 6.1.1 影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步的關(guān)鍵因素 準確地估計消息包的傳輸延遲，通過偏移補償或漂移補償?shù)姆椒▽r鐘進行修正，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)時間同步的關(guān)鍵。目前絕大多數(shù)的時間同步算法都是對時鐘偏移進行補償，由于對漂移進行補償?shù)木认鄬^高且比較難實現(xiàn)，所以對漂移進行補償?shù)乃惴ㄏ鄬ι僖恍? 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為了完成節(jié)點間的時間同步，消息包的傳輸是必須的。為了更好地分析包傳輸中的誤差，可將消息包收發(fā)的時延分為以下六個部分。 (1) 發(fā)送時間(Send Time)：發(fā)送節(jié)點構(gòu)造一條消息和發(fā)布發(fā)送請求到MAC層所需的時間，包括內(nèi)核協(xié)議處理、上下文切換時間、中斷處理時間和緩沖時間等，它取決于系統(tǒng)調(diào)用開銷和處理器當(dāng)前負載，可能高達幾百毫秒。 (2) 訪問時間(Access Time)：消息等待傳輸信道空閑所需的時間，即從等待信道空閑到消息發(fā)送開始時的延遲，它是消息傳遞中最不確定的部分，與低層MAC協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的負載狀況密切相關(guān)。在基于競爭的MAC協(xié)議如以太網(wǎng)中，發(fā)送節(jié)點必須等到信道空閑時才能傳輸數(shù)據(jù)，如果發(fā)送過程中產(chǎn)生沖突需要重傳。無線局域網(wǎng)IEEE 802.11協(xié)議的RTS/CTS機制要求發(fā)送節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸之前先交換控制信息，獲得對無線傳輸信道的使用權(quán)；TDMA協(xié)議要求發(fā)送節(jié)點必須得到分配給它的時間槽時才能發(fā)送數(shù)據(jù)。 (3) 傳輸時間(Transmission Time)：發(fā)送節(jié)點在無線鏈路的物理層按位(bit)發(fā)射消息所需的時間，該時間比較確定，取決于消息包的大小和無線發(fā)射速率。 (4) 傳播時間(Propagation Time)：消息在發(fā)送節(jié)點到接收節(jié)點的傳輸介質(zhì)中的傳播時間，該時間僅取決于節(jié)點間的距離，與其他時延相比這個時延是可以忽略的。 (5) 接收時間(Reception Time)：接收節(jié)點按位(bit)接收信息并傳遞給MAC層的時間，這個時間和傳輸時間相對應(yīng)。 (6) 接收處理時間(Receive Time)：接收節(jié)點重新組裝信息并傳遞至上層應(yīng)用所需的時間，包括系統(tǒng)調(diào)用、上下文切換等時間，與發(fā)送時間類似。 6.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步機制的基本原理 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的本地時鐘依靠對自身晶振中斷計數(shù)實現(xiàn)，晶振的頻率誤差和初始計時時刻不同，使得節(jié)點之間的本地時鐘不同步。若能估算出本地時鐘與物理時鐘的關(guān)系或者本地時鐘之間的關(guān)系，就可以構(gòu)造對應(yīng)的邏輯時鐘以達成同步。節(jié)點時鐘通常用晶體振蕩器脈沖來度量，所以任意一節(jié)點在物理時刻的本地時鐘讀數(shù)可表示為 其中， 是節(jié)點i晶振的實際頻率，f0為節(jié)點晶振的標準頻率，t0代表開始計時的物理時刻， 代表節(jié)點i在t0時刻的時鐘讀數(shù)，t是真實時間變量。 是構(gòu)造的本地時鐘， 間隔被用來作為度量時間的依據(jù)。由于節(jié)點晶振頻率短時間內(nèi)相對穩(wěn)定，因此節(jié)點時鐘又可表示為 對于理想的時鐘，有 ，也就是說，理想時鐘的變化速率為1，但工程實踐中，因為溫度、壓力、電源電壓等外界環(huán)境的變化往往會導(dǎo)致晶振頻率產(chǎn)生波動，因此，構(gòu)造理想時鐘比較困難，但一般情況下，晶振頻率的波動幅度并非任意的，而是局限在一定的范圍之內(nèi)： 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中主要有以下三個原因?qū)е聜鞲衅鞴?jié)點間時間的差異： (1) 節(jié)點開始計時的初始時間不同； (2) 每個節(jié)點的石英晶體可能以不同的頻率跳動，引起時鐘值的逐漸偏離，這個誤差稱為偏差誤差； (3) 隨著時間地推移，時鐘老化或隨著周圍環(huán)境如溫度的變化而導(dǎo)致時鐘頻率發(fā)生的變化，這個誤差稱為漂移誤差。 對任何兩個時鐘A和B，分別用CA(t)和CB(t)來表示它們在t時刻的時間值，那么，偏移可表示為CA(t)?-?CB(t)，偏差可表示為 ，漂移(drift)或頻率(frequency)可表示為 。 假定c(t)是一個理想的時鐘。如果在t時刻，有 則稱時鐘在t時刻是準確的；如果 ，則稱時鐘在時刻是精確的；而如果 ，則稱時鐘 在時刻與時鐘 是同步的。上面的定義表明：兩個同步的時鐘不一定是準確或精確的，時間同步與時間的準確性和精度沒有必然的聯(lián)系，只有實現(xiàn)了與理想時鐘(即真實的物理時間)的完全同步之后，三者才是統(tǒng)一的。對于大多數(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，只需要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點間的時間同步，這就意味著節(jié)點上實現(xiàn)同步的時鐘可以是不精確甚至是不準確的。 本地時鐘通常由一個計數(shù)器組成，用來記錄晶體振蕩器產(chǎn)生脈沖的個數(shù)。在本地時鐘的基礎(chǔ)上，可以構(gòu)造出邏輯時鐘，目的是通過對本地時鐘進行一定的換算以達成同步。節(jié)點的邏輯時鐘是任一節(jié)點i在物理時刻t的邏輯時鐘讀數(shù)，可以表示為 ，
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)
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《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)》是2011年科學(xué)出版社出版的圖書，作者是塞佩丁。概述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時鐘同步協(xié)議，著重講解了導(dǎo)出高效時鐘補償評估方法以及運行評估指標等技術(shù)手段。《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)（影印版）》適合電子信息專業(yè)、計算機專業(yè)的高年級本科生、研究生以及相關(guān)研究人員閱讀。
書 名
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)
作 者
（美國）塞佩丁（Serpedin）
ISBN
類 別
圖書 > 計算機與互聯(lián)網(wǎng) > 網(wǎng)絡(luò)與通信
頁 數(shù)
232
出版社
科學(xué)出版社
出版時間
2011-06-01
裝 幀
平裝
開 本
16
目錄
1
內(nèi)容簡介
2
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)內(nèi)容簡介
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在民用與軍用設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。微傳感器以無線互聯(lián)的形式完成高度分散系統(tǒng)中的感應(yīng)、計算、通信以及控制等工作。塞佩丁編著的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)（影印版）》介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中的一項最關(guān)鍵的技術(shù)：同步技術(shù)。《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)》概述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時鐘同步協(xié)議，著重講解了導(dǎo)出高效時鐘補償評估方法以及運行評估指標等技術(shù)手段。《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)（影印版）》適合電子信息專業(yè)、計算機專業(yè)的高年級本科生、研究生以及相關(guān)研究人員閱讀。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)目錄
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PREFACE1 INTRODUCTION1.1 Wireless Sensor Networks1.2 Time Synchronization1.3 importance of Time Synchronization1.4 History of Clock Synchronization1.5 Outline2 SIGNAL MODELS FOR TIME SYNCHRONIZATION2.1 Definition of Clock2.2 Design Considerations2.3 Delay Components in Timing Message Delivery3 TIME SYNCHRonIZATION PROTOCOLS3.1 Pairwise Synchronization3.1.1 Timing-Sync Protocol for Sensor Networks(TPSN)3.1.2 Tiny-Sync and Mini-Sync3.1.3 Reference Broadcast Synchronization(RBS)3.1.4 Flooding Time Synchronization Protocol(FTSP)3.2 Network-Wide Synchronization3.2.1 Extension of TPSN3.2.2 Lightweight Time Synchronization(LTS)3.2.3 Extension of RBS3.2.4 Extension of FTSP3.2.5 Pairwise Broadcast Synchronization(PBS)3.2.6 Time Diffusion Protocol(TDP)3.2.7 Synchronous and Asynchronous Diffusion Algorithms3.2.8 Protocols based on Pulse Transmissions3.3 Adaptive Time Synchronization3.3.1 Rate-Adaptive Time Synchronization(RATS)3.3.2 RBS-based Adaptive Clock Synchronization3.3.3 Adaptive Multi-Hop Time Synchronization(AMTS)4 FUNDAMENTAL APPROACHES TO TIME SYNCHRONIZATION4.1 Sender-Receiver Synchronization(SRS)4.2 Receiver-only Synchronization(ROS)4.3 Receiver-Receiver Synchronization(RRS)4.4 COmparisons5 MINIMUM VARIANCE UNBIASED ESTIMATION(MVUE)OF CLOCK OFFSET5.1 The System Architecture5.2 Best Linear Unbiased Estimation Using Order Statistics(BLUE-OS)5.2.1 Symmetric link Delays5.2.2 Asymmetric link Delays5.3 Minimum Variance Unbiased Estimation(MVUE)5.3.1 Asymmetric link Delays5.3.2 Symmetric link Delays5.4 Explanatory Remarks6 CLOCK OFFSET AND SKEW ESTIMATION6.1 Gaussian Delay Model6.1.1 Maximum Likelihood(ML) Clock Offset Estimation6.1.2 Cramer-Rao Lower Bound(CRLB) for Clock Offset6.1.3 Joint Maximum Likelihood Estimation(JMLE) of Clock Offset and Skew6.1.4 Cramer-Rao Lower Bound(CRLB) for Clock Offset and Skew6.2 Exponential Delay Model6.2.1 Cramer-Rao Lower Bound(CRLB) for Clock Offset6.2.2 Joint Maximum Likelihood Estimation(JMLE) of Clock Offsetand Skew7 COMPUTATIonALLY SIMPLIFIED ScHEMEs FOR ESTIMATION OF CLOCK OFFSET AND SKEW7.1 Using the First and the Last Data Sample7.1.1 Gaussian Delay Model7.1.2 Exponential Delay Model7.1.3 Combination of Clock Offset and Skew Estimation7.1.4 Simulation Results7.2 Fitting the Line Between Two Points at Minimum Distance Apart7.2.1 Simulation Results7.2.2 Computational Complexity Comparison8 PAIRWISE BROADCAST SYNCHRonIZATION(PBS)8.1 Synchronization for Single-Cluster Networks8.2 Comparisons and Analysis8.3 Synchronization for Multi-Cluster Networks8.3.1 Network-Wide Pair Selection Algorithm(NPA)8.3.2 Group-Wise Pair Selection Algorithm(GPA)8.4 Comparisons and Analysis9 ENERGY-EFFICIENT ESTIMATION OF CLOCK OFFSET FOR INACTIVE NODES9.1 Problem Formulation9.2 Maximum Likelihood Estimation(MLE)9.3 Cramer-Rao Lower Bound(CRLB)9.3.1 CRLB for the Clock Offset of Inactive Node *9.3.2 CRLB for the Clock Offset of Active Node *9.4 Simulation Results10 SOME IMPROVED AND GENERALIZED ESTIMATION SCHEMES FOR CLOCK SYNCHRonIZATION OF INACTIVE NODES10.1 Asymmetric Exponential link Delays10.1.1 Best Linear Unbiased Estimation Using Order Statistics(BLUE-OS)10.1.2 MINIMUMV ARIANCUEN BIASEEDS TIMATIO(MN VUE)10.1.3 Minimum Mean Square Error(MMSE) Estimation10.2 Symmetric Exponential link Delays10.2.1 Best Linear Unbiased Estimation Using Order Statistics(BLUE-OS)10.2.2 Minimum Variance Unbiased Estimation(MVUE)10.2.3 Minimum Mean Square Error(MMSE) Estimation11 ADAPTIVE MULTI-HOP TIME SYNCHRonIZATION(AMTS)11.1 Main Ideas11.2 Level Discovery Phase11.3 Synchronization Phase11.4 Network evaluation Phase11.4.1 Synchronization Mode Selection11.4.2 Determination of Synchronization Period11.4.3 Determination of the Number of Beacons11.4.4 Sequential Multi-Hop Synchronization Algorithm(SMA)11.5 Simulation Results12 CLOCK DRIFT ESTIMATION FOR ACHIEVING LONG-TERM SYNCHRONIZATION12.1 Problem Formulation12.2 The Estimation Procedure13 JOINT SYNCHRonIZATION OF CLOCK OFFSET AND SKEW IN a RECEIVER-REcEIVER PROTOCOL13.1 Modeling Assumptions13.2 Joint Maximum Likelihood Estimation(JMLE)of the Offset and Skew13.3 Application of the Gibbs Sampler13.4 Performance Bounds and Simulations14 ROBUST ESTIMATION OF CLOCK OFFSET14.1 Problem Modeling and Objectives14.2 Gaussian Mixture Kalman Particle Filter(GMKPF)14.3 Testing the Performance of GMKPF14.4 Composite Particle Filtering(CPF) with Bootstrap Sampling(BS)14.5 Testing the Performance of CPF and CPF with BS15 ConCLUSIONS AND FUTURE DIRECTIONSACRONYMSREFERENCESINDEX
[1]
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參考資料
1.
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)
．當(dāng)當(dāng)[引用日期2020-02-28]
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)知識點總結(jié)
第一章：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
1.什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)？與無線局域網(wǎng)的區(qū)別？例舉三個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的例子？
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：是一種由傳感器結(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r監(jiān)測，感知和采集結(jié)點部署區(qū)的環(huán)境或觀察者感興趣的感知對象的各種信息。
Ad hoc：無線自組織網(wǎng)絡(luò)，不需要固定的通信設(shè)備作為支撐，各個終端節(jié)點能夠自己構(gòu)建自己的網(wǎng)絡(luò)域，動態(tài)的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
應(yīng)用：環(huán)境的預(yù)測與保護，醫(yī)療護理，軍事領(lǐng)域，智能家居
2.畫圖描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)？
三大部分：傳感網(wǎng)絡(luò)部分，匯聚節(jié)點，管理節(jié)點
3.OSI七層協(xié)議與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五層協(xié)議的異同點？按層對比說明？
物理層：大量的WSN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基于射頻電路
數(shù)據(jù)鏈路層：訪問控制，差錯控制
網(wǎng)絡(luò)層：特殊的多跳無線路由協(xié)議，路由算法在設(shè)計時需要考慮能耗問題，WSN網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計以數(shù)據(jù)為中心
傳輸層：互聯(lián)網(wǎng)的TCP協(xié)議不適于WSN的傳輸層
應(yīng)用層：傳感器管理協(xié)議，任務(wù)分配和數(shù)據(jù)廣播管理協(xié)議，傳感器查詢和數(shù)據(jù)傳播管理協(xié)議
4.為何在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每層協(xié)議都需要重點考慮功耗？
在WSN中，傳感器節(jié)點大多由能量十分有限的電池供電，并長期在無人值守的狀態(tài)下工作，節(jié)點個數(shù)多，分布區(qū)域光，環(huán)境復(fù)雜
5.設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層，主要考慮哪些關(guān)鍵問題？為什么？
傳輸介質(zhì)，頻率選擇，調(diào)制技術(shù)
傳輸介質(zhì)：物理層的傳輸介質(zhì)包括光纖，無線電波，紅外線，光波等。WSN主流傳輸方式是無線電波，無線電波易于產(chǎn)生，傳播距離遠，穿透性強。
頻率選擇：選用ISM頻段，優(yōu)點是無需注冊公用頻段，具有大范圍的可選頻段，沒有特定的標準，可以靈活使用。
調(diào)制技術(shù)：設(shè)計以節(jié)能和成本為主要標準的調(diào)制技術(shù)。為了滿足WSN最小化符號率和最大化數(shù)據(jù)傳輸率的指標，M－ary調(diào)制技術(shù)被用于WSN。
物理層需要考慮編碼調(diào)制方式，通信速率，通信頻段等問題。
6.簡述B-ary和M-ary的各自特點，舉例說明各自適應(yīng)的應(yīng)用場景。
M-ary：多進制調(diào)制利用多進制數(shù)字基帶信號調(diào)制載波的振幅，頻率，相位。
與二進制調(diào)制相比：
ａ．M-ary調(diào)制系統(tǒng)能夠通過單個符號的發(fā)送多位數(shù)據(jù)來減少發(fā)送時間。
ｂ．M-ary調(diào)制的電路更為復(fù)雜
ｃ．M-ary調(diào)制需要更高的發(fā)射功率來發(fā)送多元信號
ｄ．在啟動能量消耗較大的系統(tǒng)中，二進制調(diào)制機制更為有效，多進制調(diào)制機制僅僅對啟動能量消耗較低的系統(tǒng)適用。
ｅ．M-ary調(diào)制的誤碼率通常大于二進制調(diào)制的誤碼率
1.概念，功能，特點
特點：自組織，分布式，節(jié)點平等，安全性差
特征：計算能力不高，能量供應(yīng)不可替代，節(jié)點變化性強，大規(guī)模
節(jié)點功能：a.動態(tài)配置，以支持多種網(wǎng)絡(luò)功能，b.節(jié)點可動態(tài)配置成網(wǎng)關(guān)，普通節(jié)點，c.遠程可編程，以便增加新的功能，d.定位功能，e.支持低功耗的網(wǎng)絡(luò)傳輸，f.支持長距離通信
WSN節(jié)點結(jié)構(gòu)：
2.分布式特點
3.WSN時效性與實時性區(qū)別
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要求有較好的實時性
４.常見拓撲結(jié)構(gòu)
５.分層，每層主要功能
６.自組織網(wǎng)，多跳傳輸?shù)奶攸c
多跳傳輸：由于通信范圍和能量節(jié)省考慮，節(jié)點只能與固定范圍內(nèi)的節(jié)點交換數(shù)據(jù)，因此要訪問鄰居節(jié)點以外的節(jié)點或者要將數(shù)據(jù)傳送到外部網(wǎng)絡(luò)，必須采用多跳傳輸。
第二章物理層
１.主流傳輸方式，介質(zhì)，特點
WSN物理層主流傳輸是無線電波，無線電波易于產(chǎn)生，傳播距離遠，穿透性強，通信無特殊限制
２.涉及的調(diào)制編碼技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)
M-ary多進制調(diào)制運用于WSN物理層調(diào)制。多進制調(diào)制通過單個符號發(fā)送多位數(shù)據(jù)得方法減少了發(fā)射時間，降低了發(fā)射功耗。
３.物理層主要功能，協(xié)議，解決問題
OSI物理層：物理層為建立，維護和釋放數(shù)據(jù)鏈路實體之間的二進制比特傳輸?shù)奈锢磉B接，提供機械的，電氣的，功能的和鬼城性的特性。
WSN物理層：向下直接與物理傳輸介質(zhì)相連，主要負責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制，發(fā)送與接收，是決定WSN節(jié)點體積，成本以及功耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
主要功能：ａ．為數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路，ｂ．傳輸數(shù)據(jù)，ｃ．其他管理工作，如信道評估，能量檢測。
４.無線電波使用頻段的限制，原因
單信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基本上都采用ISM波段
第三章：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層
1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的功能？
數(shù)據(jù)鏈路層就是利用物理層提供的數(shù)據(jù)傳輸功能，將物理層的物理連接鏈路轉(zhuǎn)換成邏輯連接鏈路，保證鏈路的可靠性。同時數(shù)據(jù)鏈路層也向網(wǎng)絡(luò)層提供透明可靠的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，負責(zé)數(shù)據(jù)流多路復(fù)用，數(shù)據(jù)幀監(jiān)測，媒體訪問和差錯控制，保證WSN內(nèi)點到點以及點到多點的連接。
MAC層協(xié)議的分類：
按節(jié)點接入方式劃分：偵聽，喚醒，調(diào)度MAC協(xié)議
按信道占用數(shù)劃分：單信道，雙信道，多信道MAC協(xié)議
按分配信道方式劃分：固定接入，隨機接入。其中競爭MAC協(xié)議都屬于隨機接入?yún)f(xié)議
MAC協(xié)議多余能量的消耗方面：碰撞，持續(xù)偵聽，控制開銷三方面浪費大量能量。
MAC層的關(guān)鍵性問題：
ａ．能量效率問題：降低能耗的主要方法是進行節(jié)點睡眠調(diào)度，減小協(xié)議的復(fù)雜度
ｂ．可擴展性：網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點分布結(jié)構(gòu)會動態(tài)的變化，MAC層協(xié)議必須具備可擴展性
ｃ．公平性：每個節(jié)點有相同的訪問信道的權(quán)利；每個節(jié)點的能量保持大概的平衡，從而延長整個網(wǎng)絡(luò)的壽命
ｄ．信道共享問題：因為WSN采用多跳共享方式，所以信道上數(shù)據(jù)會產(chǎn)生沖突和串?dāng)_（節(jié)點接收了大量沒用信息）
2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層常見的協(xié)議有哪幾種？各自的特點？各自適應(yīng)的應(yīng)用場景？
２.１基于競爭的協(xié)議：S－MAC協(xié)議，T-MAC協(xié)議
２.１.１Ｓ－ＭＡＣ協(xié)議機制：
ａ．節(jié)點工作模式分為偵聽和睡眠狀態(tài)
ｂ．通過協(xié)商的一致性睡眠調(diào)度機制讓相鄰節(jié)點在相同時間活動，相同時間睡眠，從而形成虛擬簇
ｃ．通過突發(fā)傳遞和消息分割機制來減少消息的傳輸時延和控制消息的開銷
ｄ．通過流量自適應(yīng)的偵聽機制，減少網(wǎng)絡(luò)延時在傳輸過程中的累加效應(yīng)
２.２基于分配的協(xié)議：SMACS協(xié)議，TRAMA協(xié)議，
２.３混合型MAC協(xié)議：
２.４跨層MAC協(xié)議
１.面向沖突，面向競爭的協(xié)議
２.基于競爭的協(xié)議，有圖的協(xié)議
３.WSN協(xié)議結(jié)構(gòu)模型，畫圖
第四章：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層
1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層的主要功能？與OSI七層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層的不同點。
功能:
a.路由的選擇,尋找一條從源結(jié)點到目的節(jié)點的最優(yōu)路徑
b.路由的維護,保證數(shù)據(jù)能夠沿著這條最優(yōu)路徑進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)
不同點:
傳統(tǒng)無線路由協(xié)議主要目的是減小網(wǎng)絡(luò)擁塞,保持網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換,提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)
無線傳感器的特征:
大規(guī)模分布式應(yīng)用,以數(shù)據(jù)為中心,基于局部拓撲信息,基于應(yīng)用,數(shù)據(jù)的融合
2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議面臨的問題？
最優(yōu)路徑選擇,安全性,Qos保證,能量高效利用和均衡
節(jié)能,高擴展性,容錯性,數(shù)據(jù)融合技術(shù),通信量分布不均勻
3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議可以分為哪幾種？
基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議,基于集群的路由協(xié)議,基于地理位置的路由協(xié)議
基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議:能夠?qū)Ω兄臄?shù)據(jù)按照屬性命名,對相同屬性的數(shù)據(jù)在傳輸過程中進行融合操作,減少網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)的傳輸
基于集群的路由協(xié)議:考慮路由算法的可擴展性,分層的路由協(xié)議
基于地理位置的路由協(xié)議:利用節(jié)點的地理位置來改變以有的路由算法
4.對比WSN各種路由協(xié)議的特點和異同點。
5.泛洪協(xié)議的最主要優(yōu)點和缺點？
優(yōu)點:向節(jié)點廣播,直至數(shù)據(jù)到達目的地才停止
缺點:內(nèi)爆和重疊,浪費了大量能量
6.什么是基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議？舉例有哪幾種？
SPIN路由算法(基于協(xié)商的路由算法)
DD路由算法(定向擴散路由算法)
7.什么是基于集群的路由協(xié)議？舉例有哪幾種？
分層的路由協(xié)議
LEACH路由協(xié)議：
TEEN協(xié)議:
8.什么是基于地理位置的路由協(xié)議？舉例有哪幾種？
利用位置數(shù)據(jù),確定自己的路由協(xié)議,提高網(wǎng)絡(luò)性能
GAF路由算法：使用地理位置協(xié)助改進其余路由算法，以用來約束網(wǎng)絡(luò)中的路由搜索區(qū)域，減少網(wǎng)絡(luò)不必要的開銷．
GEAR算法：利用地理位置來實現(xiàn)自己的路由策略
9.什么是“洞現(xiàn)象”，舉例說明如何減少洞造成的節(jié)點死亡？
洞：某個節(jié)點的周圍沒有任何鄰居節(jié)點比它到事件區(qū)域的路徑所耗費的路徑代價更大
解決方法：出現(xiàn)洞現(xiàn)象時，選取臨界點中代價最小的節(jié)點作為下一跳節(jié)點
１.路由，路由維護，路由選擇
２.路由協(xié)議有哪幾類，區(qū)分
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的特點:
a.高效,均衡的利用好能量
b.協(xié)議精簡,無復(fù)雜算法,無大容量冗余數(shù)據(jù)需要存儲,控制開銷小
c.網(wǎng)絡(luò)的互連通過sink節(jié)點來完成,其余節(jié)點不提供網(wǎng)外通信
d.網(wǎng)絡(luò)無中心節(jié)點,多采用基于數(shù)據(jù)或基于位置的路由算法機制
e.由于節(jié)點的移動或者失效,一般采用多路徑備選
第五章：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸層
１.WSN的傳輸層協(xié)議特點
降低傳輸層協(xié)議的能耗,進行有效的擁塞控制,保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性.
２.能否把TCP協(xié)議用于WSN，他們之間的關(guān)系
不能
ａ.TCP協(xié)議提供端到端的可靠信息傳輸,中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點沒有數(shù)據(jù)處理能力.而WSN要求節(jié)點能處理數(shù)據(jù)
b.TCP三次握手機制,時間長過程復(fù)雜.而WSN動態(tài)性強,實時性要求高,TCP沒有相應(yīng)的處理機制
c.TCP可靠性要求高,而WSN有一定的數(shù)據(jù)包丟失或刪除
d.TCP協(xié)議中的ACK反饋機制時延高,能量消耗大,不適合WSN
e.TCP每個節(jié)點都有IP，在WSN中不現(xiàn)實
第六章：通信標準
１.Zigbee,IEEE802.15.4,藍牙之間的聯(lián)系，概念，特點
IEEE 802.15.4標準是一種低速率、近距離無線通信標準
1)在不同的載波頻率下實現(xiàn)了20Kbps、40kbps,100kbps和250kbps四種不同的傳輸頻率；
2支持星型和點對點兩種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；
3)有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球唯一的擴展地址；
4)支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)；
5)支持確認（ACK）機制，保證傳輸可靠性。
LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)設(shè)備所具有的通信能力分為：全功能設(shè)備（FFD）、精簡功能設(shè)備（RFD）
IEEE802.15.4物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下五方面的功能：
（1）激活和休眠射頻收發(fā)器
（2）物理信道能量檢測
（3）檢測接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示
（4）空閑信道評估
（5）收發(fā)數(shù)據(jù)
(6) 物理層屬性參數(shù)的獲取與設(shè)置
MAC層功能
1)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標幀，普通設(shè)備根據(jù)協(xié)調(diào)器的信標幀與協(xié)調(diào)器同步；
2)支持PAN（個人域網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)的操作；
3)支持無線信道的通信安全；
4)使用CSMA/CA機制訪問信道；
5)支持時隙保障（GTS）機制；
6)支持不同設(shè)備的MAC層間可靠傳輸。
Zigbee協(xié)議簡介
相對常見的無線通信標準，比較緊湊、簡單。可分為3個層次：物理層/數(shù)據(jù)鏈路層，Zigbee堆棧層和應(yīng)用層。
ZigBee協(xié)議主要特征
省電 可靠 廉價 短時延 大網(wǎng)絡(luò)容量 安全
Zigbee網(wǎng)絡(luò)層功能
網(wǎng)絡(luò)層在MAC層與應(yīng)用層之間提供合適的接口，通過激發(fā)MAC層動作執(zhí)行尋址和路由功能。主要任務(wù)包括：
a.網(wǎng)絡(luò)的建立
b.設(shè)備的加入
c.設(shè)備段地址的分配
d.設(shè)備的離開
e.鄰居列表的維護
Zigbee網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體和網(wǎng)絡(luò)層管理實體
Zigbee應(yīng)用層：由應(yīng)用支持子層（APS）、應(yīng)用框架（AF）、Zigbee設(shè)備對象（ZDO）
Zigbee設(shè)備：協(xié)調(diào)器、路由器、終端設(shè)備
藍牙:
短距離通信,10m內(nèi)
藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù),支持點對點及點對多點通信,采用時分雙工傳輸方案
第七章：時間同步技術(shù)
1.什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步？與傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)的時間同步有何不同？
時間同步：使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的本地時間保持一致
時間同步的三種情況：判斷事件發(fā)生的先后順序，相對同步，絕對同步
時間同步的參考時間來源分：外同步和內(nèi)同步
計數(shù)方式：硬件計數(shù)（晶振），軟件計數(shù)
時鐘偏移：本地時間與真實時間的差值，用來描述計數(shù)的準確度
時鐘漂移：本地時間變化率與1的差值，反映時鐘計數(shù)的穩(wěn)定性
不同點：
現(xiàn)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的時間同步機制關(guān)心的是怎樣使同步誤差更小，不關(guān)心節(jié)點的計算復(fù)雜程度，通信的安全保障和能耗問題，NTP和GPS時間同步技術(shù)不適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
2.時間同步的方法有哪些？哪些適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)？為什么？
DMTS同步：考慮報文的傳輸延遲，在設(shè)置本地時間時，報文中嵌入的時間加上傳輸延遲即節(jié)點的本地時間。算法簡單靈活，網(wǎng)絡(luò)流量小，能耗小，但沒考慮傳播延遲，編解碼影響，同步精度不高。
RBS同步：消除發(fā)送時間和訪問時間所造成的傳輸時間誤差，從而提高同步精度。接收節(jié)點只需要比較接收節(jié)點接收報文的時間誤差。但網(wǎng)絡(luò)開銷大。
TPSN同步：雙向報文交換協(xié)議，層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。分為層次發(fā)現(xiàn)階段和時間同步兩個階段。消除了訪問時間帶來的時間同步時延，提高了時間同步的精度，協(xié)議的同步開銷比較大。
FTSP算法：使用單個廣播消息實現(xiàn)發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間的時間同步，采用同步時間數(shù)據(jù)的線性回歸方法估計時鐘漂移和偏差。
3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步的關(guān)鍵技術(shù)問題有哪些？
傳輸延遲不可預(yù)測，高能效，可擴展，健壯
4.列表比較時間同步技術(shù)的特點及優(yōu)缺點？
精度：FTSP＞RBS＞TPSN
收斂性：TPSN收斂時間較長，RBS和FTSP收斂時間較短
擴展性：TPSN擴展性最差
魯棒性：RBS>FTSP>TPSN
能耗方面：RBS能耗較大，TPSN相對較小，F(xiàn)TSP最小
5.新型時間同步技術(shù)：
協(xié)作同步：遠方節(jié)點直接接收到時間基準節(jié)點的同步脈沖，中間節(jié)點只是起協(xié)調(diào)作用
螢火蟲同步：Pekin模型和Ｍ&S模型。優(yōu)點
a.同步可直接在物理層而不需要以報文的方式實現(xiàn)
b.對任何同步信號的處理方式均相同，與同步信號的來源無關(guān)，因此擴展性強
c.機制簡單，不需要對其他節(jié)點的時間信息進行存儲
1.時間同步類型
2.解決的主要問題
3.TPSN，RBS協(xié)議，有圖的協(xié)議
第八章：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點定位技術(shù)
1.什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)？與傳統(tǒng)定位技術(shù)有何不同點？
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位：依靠網(wǎng)絡(luò)中少量的位置已知的節(jié)點，通過鄰居節(jié)點間有限的通信和某種定位機制確定網(wǎng)絡(luò)中所有未知節(jié)點的位置。
自定位：確定節(jié)點自身在系統(tǒng)中的位置
目標定位：確定目標節(jié)點在系統(tǒng)中的位置
2.定位的方法有哪些？哪些適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)？為什么？
三邊定位法：
角度定位法：
3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？
4.列表比較定位技術(shù)的特點和優(yōu)缺點？
1.類型區(qū)分
2.定位的基本原理
測量兩點之間的距離：
a.根據(jù)接收信號的強度來計算距離
b.根據(jù)信號傳播時間（TOA）或者時間差來計算距離（TDOA）
c.根據(jù)接收信號相位差定位
傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法特點：
自組織性，健壯性，節(jié)能性，分布式，可擴展性
第九章：容錯設(shè)計技術(shù)
1.什么是容錯？無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容錯的重要性？
容錯：當(dāng)由于種種原因在系統(tǒng)中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)，文件損壞或丟失時，系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些文件恢復(fù)到發(fā)生事故以前的狀態(tài)，使系統(tǒng)能夠連續(xù)正常運行的一種技術(shù)。
2.什么是失效，故障，差錯？
失效：設(shè)備停止工作，不能夠完成所要求的功能
故障：設(shè)備還能工作，但不能夠按照系統(tǒng)要求工作，得不到應(yīng)有功能
差錯：設(shè)備出現(xiàn)了不正常的操作步驟或結(jié)果
3.故障模型有哪幾種？
故障避免，故障檢測，故障隔離，故障修復(fù)
4.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性主要體現(xiàn)在哪幾方面？分別如何實現(xiàn)可靠性？
事件的可靠性，數(shù)據(jù)包的可靠性
5.基于空間相關(guān)性的故障診斷有哪三種策略？各自特征是什么？
空間相關(guān)性：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點的同類傳感器之間所測量的值通常有很相近的特性
a.多數(shù)投票策略：通過與鄰居節(jié)點測量值進行比較，根據(jù)鄰居節(jié)點在誤差范圍內(nèi)的個數(shù)。
b.均值策略：計算鄰居測量值的平均值，判斷自己是否正確。
c.中值策略：利用鄰居測量值的中值與自己的測量值進行比較
WSN故障層級：部件級，節(jié)點級，網(wǎng)絡(luò)級
第十章服務(wù)質(zhì)量QOS
6.什么是QOS？無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的QOS需求有哪些？
含義：
應(yīng)用角度：QOS代表用戶對于網(wǎng)絡(luò)所提供服務(wù)的滿意程度
網(wǎng)絡(luò)角度：QOS代表網(wǎng)絡(luò)向用戶所提供的業(yè)務(wù)參數(shù)指標
需求：可用性，吞吐量，時延，時延變化，丟包率
7.舉例說明WSN的QOS在各個協(xié)議層是如何實現(xiàn)的？
應(yīng)用層QOS：系統(tǒng)生命周期，查詢響應(yīng)時間，事件檢測成功率，查詢結(jié)果數(shù)據(jù)的事件空間分辨率，數(shù)據(jù)可靠性，數(shù)據(jù)新穎度。
數(shù)據(jù)管理層QOS：傳感器節(jié)點相互合作，實現(xiàn)高效的信息采集和分發(fā)策略。資源自適應(yīng)信息采集算法RAIG
數(shù)據(jù)傳輸層QOS：PSFQ（快吸慢取得方式，可靠得數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議價），ESRT協(xié)議（新穎的數(shù)據(jù)傳輸方法）
網(wǎng)絡(luò)層QOS：路由協(xié)議通過將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點
連通層QOS：保證網(wǎng)絡(luò)的感知覆蓋度和連通度
MAC層QOS：提出基于沖突和載波監(jiān)聽的MAC協(xié)議，目標是最大化系統(tǒng)量，并未提供實時性保證。
交叉層QOS：保障實時性和容錯性的傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件
8.什么是感知QOS？
感知QOS：WSN中傳感器節(jié)點對檢測區(qū)域的感應(yīng)，監(jiān)控的效果
9.簡述比較典型的WSN中使用的感知QOS算法與協(xié)議的特點和區(qū)別？
a.基于網(wǎng)格的覆蓋定位傳感器配置算法：
b.輪換活躍/休眠節(jié)點的覆蓋協(xié)議：
c.最壞與最佳情況覆蓋：
d.暴露穿越
e.圓周覆蓋
f.連通傳感器覆蓋
10.傳輸QOS主要解決的問題是什么？
可靠數(shù)據(jù)傳輸和擁賽控制
1.失效，故障，差錯概念區(qū)分
2.QOS含義和功能
第十一章：網(wǎng)絡(luò)管理
網(wǎng)絡(luò)管理：對網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制
1.哪幾種，怎么區(qū)分
集中式網(wǎng)絡(luò)管理：依賴于少量的中心控制管理站
層次式網(wǎng)絡(luò)管理：設(shè)置若干個中間控制管理站點
分布式網(wǎng)絡(luò)管理：網(wǎng)絡(luò)具有多個控制管理站點，每個管理站點都管理各自的子網(wǎng)
網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)：
a.基于web的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)
b.基于策略的網(wǎng)絡(luò)管理
c.基于智能agent技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)管理
d.基于XML的網(wǎng)絡(luò)管理
e.基于web service的網(wǎng)絡(luò)管理
網(wǎng)絡(luò)管理的關(guān)鍵問題：
a.高效的通信機制
b.輕量型的結(jié)構(gòu)
c.智能自組織的機制
d.安全穩(wěn)定的環(huán)境
大學(xué)生一個，微信公眾號：飛享
交有想法，一起做事的朋友，公眾號上有簡介
