第⼀章⽆线传感器⽹络概述知识点整理（⼀）第⼀章⽆线传感⽹络概述1.1 ⽆限传感器⽹络的基本感念⽆线传感器⽹络 Wireless Sdnsor Network定义：⼤量静⽌或移动的传感器节点以⾃组织和多跳的⽅式构成的⽆线⽹络。
⽬的：协作探测、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。
传感器⽹络功能：实现数据采集、处理和传输基本要素：传感器、感知对象和⽤户Ad Hoc ⽹络：定义：是⼀种多跳的、⽆中⼼的、⾃组织⽆线⽹络，⼜称为多跳⽹，⽆基础设施⽹或⾃组织⽹。
1.2 ⽆线传感器⽹络的特征1.2.1与现有⽆线⽹络的区别（其他⽹络）（1）集成了监测、控制以及⽆线通信的⽹络系统（2）节点数⽬庞⼤（3）节点分布密集（4）节点容易出现故障（5）⽹络拓扑结构易发⽣变化（6）传感器节点具有的能量、处理能⼒、存储能⼒和通信能⼒等都⼗分有限（7）传统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，⽽传感器⽹络的⾸要设计⽬标是能源的⾼效使⽤1.2.2与现场总线的区别（1）现场总线是应⽤在⽣产现场和微机化测量控制设备之间、实现双向串⾏多节点数字通信的系统（2）开放式、数字化、多点通信的底层控制⽹络（3）现场总线作为⼀种⽹络形式，专门为实现在严格的实时约束条件下⼯作⽽特别设计的（4）由于现场总线通过报告传感数据从⽽控制物理环境，与传感器⽹络⾮常相似（5）⽆线传感器⽹络关注的不是数⼗毫秒范围内的实时性，⽽是具体的业务应⽤，这些应⽤能够容许较长时间的延迟和抖动（6）传感器⽹络⾃适应协议在现场总线中并不需要，如多跳、⾃组织的特点，⽽且现场总线及其协议也不考虑节约能源问题较为流⾏的现场总线：（1）CAN（控制局域⽹络）（2）Lonworks（局部操作⽹络）（3）Profibus（过程现场总线）（4）HART（可寻址远程传感器数据通信）（5）FF（基⾦会现场总线）1.2.3传感器节点的限制1.电源能量限制（1）传感器节点体积微⼩（2）通常携带能量⼗分有限的电池（3）传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和⽆线通信模块（4）传感器节点的绝⼤部分能量消耗在⽆线通信模块⽆线通信模块存在发送、接收、空闲和睡眠4种状态空闲时监听⽆线信道的使⽤情况，检查是否有数据发送给⾃⼰睡眠时关闭通信模块在发送状态的能量消耗最⼤，接收和空闲时消耗接近，睡眠消耗最少。
1. 无线传感器网络（wireless sensor network, WSN ）就是由部署在检测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。
2. 构成WSN 的三要素：传感器、感知对象、观察者。
3. ADHOC 和WSN 的区别：(1)WSN(2)WSN (3)WSNAd hoc(4)WSN(5)WSN (6)WSN 以数据为中心。
4. WSN 的节点：传感模块、处理器模块、通信模块、电源模块 节点特点：电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限5. WSN 协议栈结构(1)能源管理平台：管理传感器节点如何使用能量；(2)移动管理平台：检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节点能够跟踪它的邻居；(3)任务管理平台：在一个给定的区域内平衡和调度监测任务6. 传感器物理层作用：屏蔽物理设备和传输介质的差异目的：透明传输功能：提供传输通道；传输数据；其他特性：(1)机械特性(2)电气特性(3)功能特性(4)规程特性运用的技术：(1)介质和频段的选择(2)调制技术(3)扩频技术传输媒体：(1)建议采用ISM （工业、科学和医学）频段短距离的无线低功率通信最适合传感器网络(2)红外,不需要许可证，抗干扰要求收发双方在视线之内(3)光7.频率选择，载频发生，信号检测，调制，数据加密信号传播传播信号需要的最小发送功率和传输距离d的n次方成正比，2<= n < 4.为了减小传输距离，传感器网络采用多跳（multihop）通信方式8.MAC层协议：S-MAC协议、IEEE802.11 MAC协议9.MAC层有用功耗：(1)发送，接收数据(2)处理询问请求(3)转发询问和数据到邻居节点9.MAC层无用功耗：(1)信道的空闲侦听，“waiting for possible traffic”.(2)由于碰撞导致的重传，例如两个数据包同时到达同一节点(3)无意偷听：当节点接收到一个不属于他的数据包时(4)产生和处理控制数据包开销10.CSMA/CACSMA /CA载波侦听/冲突避免如何解决“隐匿终端问题11.S-MAC机制针对碰撞重传、串音、空闲侦听和控制消息等可能造成较多能耗的因素S-MAC 采用如下机制：(1)周期性侦听／睡眠的低占空比工作方式，控制结点尽可能处于睡眠状态来降低结点能量的消耗；(2)邻居结点通过协商的一致性睡眠调度机制形成虚拟簇，减少结点的空闲侦听时间；(3)通过流量自适应的侦听机制，减少消息在网络中的传输延迟；(4)采用带内信令来减少重传和避免侦听不必要的数据；通过消息分割和突发传递机制来减少控制消息的开销和消息的传递延迟。
传感器网络什么是传感器网络？传感器网络是由许多分布式传感器节点组成的网络。
每个节点都配备有传感器和通信设备，可以感知并通过网络传输环境中的数据。
传感器网络通常用于监测和记录各种物理量，例如温度、湿度、光照强度等。
传感器网络的组成一个传感器网络通常由三个主要部分组成：传感器节点、通信设备和处理中心。
传感器节点传感器节点是传感器网络的基本组成部分。
它们用于感知环境中的数据。
每个传感器节点通常由一个或多个传感器、一个微处理器、一个存储设备和一个通信模块组成。
传感器可以感知环境中的各种物理量，并将数据传递给微处理器进行处理。
通信设备通信设备使传感器节点能够相互通信，并将数据传输到处理中心。
通信设备可以是有线或无线的。
无线通信设备通常使用一些常见的通信技术，如Wi-Fi、蓝牙或Zigbee。
处理中心处理中心是传感器网络的中枢节点。
它负责收集和分析传感器节点的数据，并根据需要执行相应的操作。
处理中心还可以与更高级的系统集成，以进一步处理数据并进行决策。
传感器网络的应用传感器网络有广泛的应用领域，在各种行业中发挥着重要作用。
以下是一些常见的传感器网络应用：环境监测传感器网络可以用于监测环境中的各种物理量，如温度、湿度、空气质量等。
这些数据可以用于保护环境、监测气候变化以及改善生活质量。
智能农业传感器网络在农业中有许多应用。
它可以监测土壤湿度、温度和光照强度等关键参数，帮助农民更好地管理农作物的生长和灌溉。
工业自动化传感器网络在工业自动化中起着至关重要的作用。
它可以监测生产线上的各种物理量，并根据需要自动执行相应的控制操作。
物联网安全传感器网络可以用于物联网安全。
它可以监测和检测网络中的异常行为，并采取相应的措施来保护网络免受攻击。
传感器网络的挑战尽管传感器网络有许多应用和优势，但它也面临着一些挑战。
能源限制传感器节点通常由电池供电，电池寿命是一个问题。
如何延长传感器节点的电池寿命，以确保网络可持续运行，是一个重要的挑战。
《传感器网络》教学大纲一、课程的性质、目的与任务传感器网络是集传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术于一体的综合信息处理平台，具有广泛的应用前景。
由于传感器节点由于计算能力、存储开销、处理能力、能量供应等方面的限制，传感器网络中在路由、定位、时间同步、安全等方案变得极具挑战性。
《传感器网络》是网络工程专业的一门方向课。
通过学习使学生掌握传感器网络的体系结构和网络管理技术，着重掌握传感器网络的通信协议，了解传感器网络的节点定位、目标跟踪、时间同步和安全等几大支撑技术，为在基于传感器网络的系统开发和应用中，深入利用关键技术，设计优质的应用系统打下基础。
通过本课程的学习，要求学生达到:1．掌握传感器网络的体系结构和网络管理技术。
2．掌握典型的路由算法、定位算法、时间同步算法、密钥预分配方案。
二、课程教学基本内容与要求第一章概述（一）基本教学内容1.1引言1.2传感器网络的体系结构1.3传感器网络的特征1.4传感器网络的应用领域1.5传感器网络的发展历史（二）基本要求教学目的：掌握传感器节点的组织结构、掌握传感器网络的体系结构、了解组网特征与限制条件、应用领域及发展史。
教学重点：重点讲解传感器节点的组织结构、传感器网络的体系结构。
教学难点：传感器网络的体系结构。
第二章微型传感器的基本知识（一）基本教学内容2.1传感器概述2.2常见传感器的类型介绍2.3传感器的一般特性和选型2.4微型传感器应用示例（二）基本要求教学目的：了解常用传感器的类型与工作原理、初步掌握传感器的特性和选型原则。
教学重点：传感器节点的工作原理、传感器节点选型原则教学难点：传感器节点的工作原理第三章传感器网络的通信与组网技术（一）基本教学内容3.1物理层3.2 MAC协议3.3路由协议（二）基本要求教学目的：了解通信传输介质的类型、掌握IEEE 802.11MAC协议与S-MAC协议、掌握传感器网络分组传输路由协议与定向扩散路由教学重点：IEEE 802.11MAC协议、S-MAC协议、定向扩散路由教学难点：S-MAC协议、定向扩散路由第四章传感器网络的支撑技术（一）基本教学内容4.1时间同步机制4.2定位技术4.3数据融合4.4能量管理4.5安全机制（二）基本要求教学目的：掌握传感器网络时间同步机制与安全机制、掌握无线传感器网络的定位方法、掌握数据融合和能量管理方法。
