无线传感网络

无线传感器网络(WSN)
第一章：绪论
掌握WSN定义：
无限传感器网络的标准定义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，目的是协作的探测，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。
掌握WSN系统组成：
传感器节点、汇聚节点和管理节点
掌握WSN的三个基本要素：
传感器、感知对象、观测者
掌握WSN节点结构：
传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源管理模块
理解WSN特点：

1. 自组织性：自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议，自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。
2. 以数据为中心：以数据本身作为查询或传输线索。
3. 应用相关性：不同的应用背景对传感器网络的要求不同。
4. 动态性：各种因素引起的网络拓扑的改变。
5. 网络规模大：分布区域大，部署密集。
   优点：不同空间获取信息有更大的信噪比
   分布式处理大量的采集信息，提高精准度，降低对单个节点的精度要求
   存在大量冗余节点，具有容错性
   覆盖区域大，减少盲区
6. 可靠性：传感器节点不易损坏，适应各种环境
   理解WSN支撑技术：
   时间同步，定位技术，数据融合，能量管理，容错技术，Qos保证，安全技术
   理解WSN应用领域；
7. 军事领域
8. 环境科学
9. 空间探索
10. 医疗健康
11. 智能家居
12. 建筑物和大型设备安全状态的监控
13. 紧急援救
14. 其他商业应用

第三章：WSN拓扑控制与覆盖技术
掌握WSN拓扑结构类型：
按照组网形态和方式会划分：

1. 集中式

2. 分布式

3. 混合式
   按照节点功能和结构层次划分：

4. 平面网络结构：平面网络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。
   优点：网络拓扑结构简单，易维护
   缺点：没有中心管理节点，采用自组织协同算法形成网络，算法复杂

5. 分级网络结构（层次网络结构）：网络分为上层和下层两个部分：上层为中心骨干节点互连形成的子网拓扑，下层为一般传感器节点互连形成的子网拓扑。
   优点；扩展性好，便于集中管理，可降低系统建设成本，提高网络覆盖率和可靠性
   缺点：开销大，硬件成本高一般传感器节点之间不能直接通信

6. 混合网络结构：网络骨干节点之间及一般传感器节点之间都采用平面网络结构，而网络骨干节点和一般传感器节点之间采用分级网络结构。
   优点：功能强大
   缺点：硬件成本更高

7. Mesh网络结构：Mesh网络结构是一种新型的无线传感网络结构。从结构上看，Mesh网络是规则分布的网络，网络内部节点一般都是相同的。Mesh网络结构最大的优点就是尽量使所有节点都是处于对等的地位，且具有相同的计算和通信传输功能，某个节点可被指定为簇首节点，而且可执行额外的功能。一旦簇首节点失效，另外一个节点可以立刻补充并接管原簇首那些额外执行的功能。

掌握WSN拓扑控制定义及评价指标
定义：是一种协调节点间各自传输范围的技术，用以构建具有某些期望的全局特性（如，连通性）的网络拓扑结构，同时减少节点的能耗或增加网络的传输能力。
评价指标：
覆盖性：指网络对物理世界的感知能力，也可能看成对无线传感器网络服务质量的度量。如果目标区域中的任何一点都被k个传感器节点监测，就称网络是k-覆盖的。
连通性：任意节点能否到达任意节点。如果至少去掉k个传感器节点才能使网络不连通，就称网络是k-连通的。无线传感网络一般是大规模，所以传感节点感知到的数据一般要以多跳的方式传送到汇聚节点，我们必须保证网络是1-连通。
网络生命周期：死亡节点的百分比低于某个阈值的持续时间，或者通过对网络的服务质量的量度判别
吞吐能力：指对网络、设备、端口、虚电路或其他设施，单位时间内成功地传送数据的数量(以比特、字节、分组等测量)。
扩展性（网络容量）：减少数据传输节点所能影响的邻居节点的数量,减少节点通信的传输范围,可以有效减小网络中的冲突域,从而降低通信冲突的概率。相反，网络中的冲突就越多,节点通信也就更容易发生数据丢包或重传现象。
鲁棒性（robustness）： 又指健壮性，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。即如网络拓扑发生改变，流量突然增大，又或者某些节点失效，网络仍能保持稳定地工作，这样的网络，鲁棒性好。
干扰与竞争：

网络延迟：

拓扑性质：

掌握WSN拓扑控制主要实现方式：功率调节及睡眠调度机制

理解WSN功率控制经典实现算法：LMA,LMN，RNG、MST
基于节点度的功率控制：节点度（距离该节点一跳的邻居节点数目）
核心思想：给定节点度的上限和下限需求，动态调整节点的发射功率，使得节点的度数落在上限和下限之间。本地平均算法（LMA）和本地邻居平均算法（LMN）是两种周期性动态调整节点发送功率的算法，区别在于计算节点度的算法不同。
基于方向的功率控制；

基于临近图的功率控制：
基本思想：设所有节点都使用最大发射功率发射时形成的拓扑图G，按照一定的邻居判别条件q求出该图的邻近图G’，最后G’中的每个节点以自己所邻近的最远通信节点来确定发射功率。
经典的邻近图算法：
RNG、GG、DG、YG、MST、DRNG、DLMST、DLSS

掌握LEACH实现机制
LEACH算法是一种分布式、自组织的分簇协议。运行LEACH协议的无线传感器网络会随机选择一些节点成为簇头，并令所有节点周期性地轮换成为簇头，使整个网络的能量负载达到均衡。在LEACH协议中，簇头节点将来自其成员节点的数据进行压缩聚合，然后将聚合后的数据通过单跳的方式直接发送给基站节点，大大减小了整个网络中的数据交换量，使得总体能耗有了大幅度的下降。

理解节点部署方式分类：
确定性部署，随机性部署，混合式部署
掌握覆盖感知模型类型：
布尔感知模型

概率感知模型 P69

掌握k-覆:
指每个节点至少被k个传感器节点覆盖
掌握根据覆盖目标不同