什么是無線傳感網絡（WSN：wireless sensor network）
由部署在檢測區(qū)域大量的廉價衛(wèi)星傳感器節(jié)點組成岖免。通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網絡系統(tǒng)。
目的是協(xié)作的感知采集和處理網路覆蓋區(qū)域中感知對象的信息赦役，并發(fā)送給觀察者
構成三要素：傳感器栅炒、感知對象赢赊、觀察者?
傳感器節(jié)點組成
傳感子系統(tǒng)：感測環(huán)境
處理子系統(tǒng)：對數據進行本地處理
通信子系統(tǒng)：負責和臨近節(jié)點交換消息
無線傳感器系統(tǒng)
傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點叭披、管理節(jié)點
無線傳感網絡與自組織網絡的區(qū)別
傳感網絡的節(jié)點數目多涩蜘、分布密集
傳節(jié)點更易失效和能量耗盡并且不能充電
傳感節(jié)點沒有全局ID
傳感節(jié)點計算能力和存儲能力有限
大多數采用廣播路由
傳感網絡以數據為中心
傳感網絡最大的特性是數據聚合
無線傳感網絡的特性：
1.大規(guī)模網絡
2.自組織網絡
3.動態(tài)性網絡：關心的物理量不同同诫，硬件和軟件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的協(xié)議會有很大差異
4.可靠性網絡：傳感器節(jié)點非常堅固、不易損壞叮盘、適應極端的環(huán)境霹俺。為防止數據被盜和偽造丙唧，無線傳感網絡必須具有很好的魯棒性和容錯性
5.應用相關的網絡
6.以數據為中心的網絡：只會關心某個觀測指標的數值艇棕，而不會關心某個單個節(jié)點的觀測數據沼琉，同時使用傳感器網絡查詢事件時，直接將事件通告全網絡友鼻，而不是某個確實編號的節(jié)點闺骚。
7.節(jié)點能力受限：電源僻爽、計算能力、通信能力
臨近的傳感節(jié)點擁有相似的數據
傳感網絡與特定與應用
位置感知：節(jié)點需要了解自己的位置
節(jié)點對環(huán)境的激烈變化做出立即反應
具備查詢控制能力
傳感網絡的查詢分類
一次查詢：獲得網絡的瞬間視圖
持續(xù)查詢：監(jiān)控某一個時間內的一些物理參數
傳感網絡面臨的問題和挑戰(zhàn)
網絡的建立和維持完全自治
傳感節(jié)點最大的瓶頸是可用的能量
傳感節(jié)點的硬件設計有限考慮能量效率
傳感節(jié)點應能以完全分布式的方式與其他節(jié)點保持同步
影響傳感器網絡的因素
容錯：當出現節(jié)點失效而無人干涉繼續(xù)工作的能力
能耗：某些活動會帶來能耗：感測事件敦捧、通信兢卵、數據處理
網絡拓撲
節(jié)點位置：當傳感節(jié)點移動時
可達性：節(jié)點之間的可達性保證網絡聯通的基本條件
制造成本
傳輸介質
傳感器的環(huán)境
傳感網路的設計目標：
可拓展性绪颖、只配置能力、資源感知课兄、網絡壽命長久雁乡、容錯能力
性能度量：
網絡壽命：指從開始到第一個節(jié)點死掉的這段時間
延遲：傳感節(jié)點發(fā)送數據到基站收到的這段時間
傳感網絡的分類：
先應式網絡：主動的踱稍，自己完成任務定期發(fā)送：節(jié)點定期打開傳感器和發(fā)送器感測環(huán)境并將數據發(fā)送出去
反應式網絡：被動的悠抹，根據操作員的命令查詢給與相應根據某些屬性的變化給與響應
傳感器網絡的體系結構
1.層次體系結構：一個強大的基站（BS）和圍繞他的一系列層次節(jié)點
根據跳數分層，相同跳數的位于一個層次
2.簇體系結構：傳感節(jié)點組成一個簇楔敌，每個簇由一個簇頭控制啤挎。
傳感網絡的MAC協(xié)議
設計協(xié)議需要考慮的問題：節(jié)省能量、可擴展性卵凑、網絡效率
浪費網絡能量的原因:
節(jié)點間的數據碰撞導致重傳
節(jié)點接收并處理不必要的數據?
節(jié)點無數據發(fā)送時偵聽信道
控制消息過多
MAC協(xié)議分類：
S-MAC協(xié)議
T-MAC協(xié)議
sift協(xié)議
S-MAC協(xié)議
設計思想：
1.采用周期性休眠/偵聽庆聘，解決空閑偵聽的浪費
2.當節(jié)點收發(fā)數據時，于此無關的節(jié)點進入休眠
3.采用信息傳遞機制勺卢，減少控制信息帶來的能量損耗
4.自適應偵聽機制伙判，減少穿輸延遲
占空比問題的分析
什么是占空比：占空比是指在一個脈沖循環(huán)內，通電時間相對于總時間所占的比例黑忱。偵聽時間占總時間的比
如果選擇較小的占空比：大部分時間處于休眠，可以減少偵聽所造成的的能量消耗甫煞。同時會產生問題菇曲，其他由鄰居節(jié)點向定節(jié)點的通信量會集中在一個較小的時間窗口，會產生顯著的競爭和負載抚吠。睡眠時間較長會產生一個顯著的每跳等待時間常潮。
周期性偵聽和睡眠
每個節(jié)點都有一個確定的時間表
與鄰居節(jié)點的調度周期保持一致
節(jié)點選定自己的調度表或者遵照別人的調度表
存在一個喚醒周期、偵聽周期楷力、睡眠時間
采用相同的占空比進行工作喊式，使用同步楨發(fā)送機制，所有節(jié)點都處于喚醒狀態(tài)時才進行偵聽弥雹，來判斷是否要進行發(fā)送或接受數據垃帅。
S-MAC的沖突避免
當多個節(jié)點想要和一個節(jié)點進行通信時，需要競爭媒體剪勿。S-MAC遵循802.11類似的流程贸诚，虛擬載波偵聽和物理載波偵聽，解決隱藏終端問題的RTS/CTS。
每個傳輸包中有一個持續(xù)時間域來標識該包的傳輸時間酱固，如果其他節(jié)點收到就知道多長時間不能傳送消息械念，節(jié)點以變量的形式記錄該值，該值被稱為網絡分配矢量（NAV）运悲。在傳輸之前檢查NAV龄减，不為零不能發(fā)送
S-MAC流量自適應偵聽
周期性睡眠導致了通信延遲的增加
解決方案：通信節(jié)點的鄰居節(jié)點在此次通信后喚醒，并保持偵聽一段時間班眯，如果鄰居節(jié)點在這段時間內收到了RTS幀希停，可以立刻接受數據，而不需要等待下一個偵聽周期
S-MAC的消息傳遞機制
什么是消息：具有密切聯系的數據的集合署隘，只有得到全部數據才可以對數據進行數據處理和聚合
將長消息分成若干個DATA信息段宠能，使用一個RTS/CTS占用信道，每個DATA都有ACK保證收到磁餐，沒有立刻重傳
S-MAC優(yōu)缺點
特點：
周期性的休眠/喚醒违崇，降低偵聽時間
沖突避免
自適應偵聽
消息傳遞
缺點：
調度周期是固定的，不適應網路流量變化
簇邊界能量節(jié)點消耗快
節(jié)點休眠帶來的時延
T-MAC協(xié)議
設計思想：
動態(tài)調整調度周期中的活躍時間長度
在TA時間內沒有發(fā)生激活時間則進入睡眠
數據仍然采用RTS/CTS /DATA/ACK四次握手機制
T-MAC協(xié)議與S-MAC的不同
在節(jié)點活動的時隙中插入一個TA（time active）時隙诊霹，如果TA時隙之間沒有任何事件發(fā)生羞延，則活動結束進入休眠。根據網絡負載情況動態(tài)調整活動周期的長度
T-MAC的激活事件觸發(fā)TA
1.定時器觸發(fā)周期性調度喚醒事件脾还。
2.物理層從無線信道接收到數據包伴箩。
3.物理層指示有的無線信道忙。
4.節(jié)點的DATA幀或ACK幀發(fā)送完成荠呐。
5.通過監(jiān)聽RTS赛蔫；CTS幀，確認鄰居的數據交換已經結束泥张。
早睡問題
如果一個節(jié)點在鄰居準備向其發(fā)送數據時進入睡眠狀態(tài)呵恢，這種現象稱為早睡
AB之間，BC之間媚创，CD之間可以相互通信渗钉，且假設數據傳輸方向是ABCD。如果節(jié)點A通過競爭獲得了與節(jié)點B通信的機會钞钙，節(jié)點A發(fā)送RTS給B鳄橘，B回復CTS給A。那么當C收到B發(fā)出的CTS時芒炼，會觸發(fā)一個新的監(jiān)聽時間段瘫怜，使C保持監(jiān)聽狀態(tài)。而D沒有發(fā)現AB之間正在進行的通信本刽，由于無法觸發(fā)新的TA鲸湃，D會進行睡眠赠涮。但AB之間通信結束時，C競爭獲得信道暗挑，但由于D此時已經睡眠笋除，所以必須等到D在下一次調度喚醒時才能進行RTS/CTS交互。?
解決早睡問題
T-MAC提出兩種方法：
1.預請求發(fā)送機制
2.滿緩沖區(qū)優(yōu)先機制
預請求發(fā)送機制
當節(jié)點C收到B發(fā)給A的CTS后炸裆，立即向D發(fā)送一個FRTS垃它。FRTS幀包含節(jié)點D接收數據前需要等待的時間長度，D在此時間內必須保持在監(jiān)聽狀態(tài)烹看。
由于C發(fā)送的FRTS可能干擾A發(fā)送的數據国拇，所以A需要將發(fā)送的數據延遲相應的時間。A在接收到CTS之后發(fā)送一個與FRTS長度相同的DS幀惯殊，該幀不包含有用信息贝奇，只是為了保持AB對信道的占用，在發(fā)送DS之后A立即向B發(fā)送數據信息
滿緩沖區(qū)優(yōu)先
當節(jié)點的緩沖區(qū)接近占滿時靠胜，對接收到的RTS幀不回復CTS，而是立即向緩沖區(qū)中數據包的目的節(jié)點發(fā)送RTS毕源，以建立數據傳輸浪漠。
?這個方法的優(yōu)點是減少了早睡問題發(fā)生的可能性，在一定程度上能夠控制網絡的流量霎褐。缺點是在網絡數據量較大時增加了沖突的可能址愿。?
sift協(xié)議
設計思想：共享信道的N個節(jié)點同時檢測到同一個事件時，希望R個節(jié)點能夠在最小時間內無沖突地發(fā)送事件檢測消息冻璃，抑制N-R個節(jié)點消息的發(fā)送
無線傳感網路的路由協(xié)議-特點
能量優(yōu)先
基于局部拓撲信息
以數據為中心
應用相關
與傳統(tǒng)網絡協(xié)議設計網絡的區(qū)別
無線網絡：
能量消耗影響網絡生存周期
節(jié)點只有局部信息
以數據為中心
應用相關性
無線傳感網絡的傳輸模式
1.事件觸發(fā)：節(jié)點采集信息后進行判斷响谓，超過某一個閾值，認為發(fā)生某種事件省艳，進行上報
2.周期上報
3.基于查詢：不主動上報采集的信息娘纷，等待用戶查詢
洪范路由
最簡單、最健壯跋炕、最基本
特點：無需知道局部拓撲結構赖晶，地理信息等，無需維護路由
不足：
信息爆炸：一個節(jié)點可能得到一個數據的多個副本現象
重疊現象：同一觀測環(huán)境下相鄰數據可能是相同的
資源的盲目使用：不考慮節(jié)點可用能量辐烂、位置
適用范圍：小規(guī)模遏插、共享信道、健壯性
能量感知路由
根據節(jié)點的可用能量或者傳輸路徑上的能量需求纠修，選擇數據的轉發(fā)路徑
節(jié)點上包含所剩能量胳嘲，路徑上為消耗能量
