無線傳感器網絡同步技術：無線傳感器網絡中的同步技術

無線傳感器網絡以高度分布式的拓撲結構，通過無線的傳輸方式，把在不同地點的傳感器連接成為網絡，共同完成感知／監控、計算、通信、控制等功能，在軍事和民用方面都有著廣泛的應用。

《無線傳感器網絡中的同步技術——參數估計性能基準及協議》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絡的核心關鍵技術之一：時鐘同步技術。當執行數據融合、功率管理、傳輸調度、定位和安全等許多操作時。時間同步對無線傳感器網絡是至關重要的。本書在介紹通用時鐘模型的基礎上，總結了一系列適合于無線傳感器網絡的時鐘同步協議，特別是推導了有效的時鐘偏移估計方案和其性能基準。

《無線傳感器網絡中的同步技術——參數估計性能基準及協議》為電子和計算機工程的研究生提供了理解和學習時鐘同步協議、算法和性能的非常有價值的參考，也為相關研究人員在設計有效的時鐘同步算法、改進現有的同步協議的性能過程中提供很好的幫助。

無線傳感器網絡同步技術：無線傳感器網絡原理及應用第章 時間同步技術.ppt

第6章 時間同步技術  　　6.1  無線傳感器網絡的時間同步機制6.1.1  影響無線傳感器網絡時間同步的關鍵因素　　準確地估計消息包的傳輸延遲，通過偏移補償或漂移補償的方法對時鐘進行修正，是無線傳感器網絡中實現時間同步的關鍵。目前絕大多數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的精度相對較高且比較難實現，所以對漂移進行補償的算法相對少一些。　　在無線傳感器網絡中，為了完成節點間的時間同步，消息包的傳輸是必須的。為了更好地分析包傳輸中的誤差，可將消息包收發的時延分為以下六個部分。 　　(1) 發送時間(Send Time)：發送節點構造一條消息和發布發送請求到MAC層所需的時間，包括內核協議處理、上下文切換時間、中斷處理時間和緩沖時間等，它取決于系統調用開銷和處理器當前負載，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協議和網絡當前的負載狀況密切相關。在基于競爭的MAC協議如以太網中，發送節點必須等到信道空閑時才能傳輸數據，如果發送過程中產生沖突需要重傳。無線局域網IEEE 802.11協議的RTS/CTS機制要求發送節點在數據傳輸之前先交換控制信息，獲得對無線傳輸信道的使用權；TDMA協議要求發送節點必須得到分配給它的時間槽時才能發送數據。 　　(3) 傳輸時間(Transmission Time)：發送節點在無線鏈路的物理層按位(bit)發射消息所需的時間，該時間比較確定，取決于消息包的大小和無線發射速率。　　(4) 傳播時間(Propagation Time)：消息在發送節點到接收節點的傳輸介質中的傳播時間，該時間僅取決于節點間的距離，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。　　(6) 接收處理時間(Receive Time)：接收節點重新組裝信息并傳遞至上層應用所需的時間，包括系統調用、上下文切換等時間，與發送時間類似。 6.1.2  無線傳感器網絡時間同步機制的基本原理　　無線傳感器網絡中節點的本地時鐘依靠對自身晶振中斷計數實現，晶振的頻率誤差和初始計時時刻不同，使得節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系或者本地時鐘之間的關系，就可以構造對應的邏輯時鐘以達成同步。節點時鐘通常用晶體振蕩器脈沖來度量，所以任意一節點在物理時刻的本地時鐘讀數可表示為 其中，　　是節點i晶振的實際頻率，f0為節點晶振的標準頻率，t0代表開始計時的物理時刻，　　　代表節點i在t0時刻的時鐘讀數，t是真實時間變量。　　　是構造的本地時鐘，　　　　間隔被用來作為度量時間的依據。由于節點晶振頻率短時間內相對穩定，因此節點時鐘又可表示為 　　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、電源電壓等外界環境的變化往往會導致晶振頻率產生波動，因此，構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： 　　在無線傳感器網絡中主要有以下三個原因導致傳感器節點間時間的差異：　　(1) 節點開始計時的初始時間不同；　　(2) 每個節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境如溫度的變化而導致時鐘頻率發生的變化，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系，只有實現了與理想時鐘(即真實的物理時間)的完全同步之后，三者才是統一的。對于大多數的傳感器網絡應用而言，只需要實現網絡內部節點間的時間同步，這就意味著節點上實現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器組成，用來記錄晶體振蕩器產生脈沖的個數。在本地時鐘的基礎上，可以構造出邏輯時鐘，目的是通過對本地時鐘進行一定的換算以達成同步。節點的邏輯時鐘是任一節點i在物理時刻t的邏輯時鐘讀數，可以表示為　　　　　　　　　，

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無線傳感器網絡同步技術
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《無線傳感器網絡同步技術》是2011年科學出版社出版的圖書，作者是塞佩丁。概述了無線傳感器網絡中的時鐘同步協議，著重講解了導出高效時鐘補償評估方法以及運行評估指標等技術手段。《無線傳感器網絡同步技術（影印版）》適合電子信息專業、計算機專業的高年級本科生、研究生以及相關研究人員閱讀。
書    名
無線傳感器網絡同步技術
作    者
（美國）塞佩丁（Serpedin）
ISBN
類    別
圖書 > 計算機與互聯網 > 網絡與通信
頁    數
232
出版社
科學出版社
出版時間
2011-06-01
裝    幀
平裝
開    本
16
目錄
1
內容簡介
2
目錄
無線傳感器網絡同步技術內容簡介
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語音
無線傳感器網絡在民用與軍用設備中有著廣泛的應用。微傳感器以無線互聯的形式完成高度分散系統中的感應、計算、通信以及控制等工作。塞佩丁編著的《無線傳感器網絡同步技術（影印版）》介紹了無線傳感器網絡部署中的一項最關鍵的技術：同步技術。《無線傳感器網絡同步技術》概述了無線傳感器網絡中的時鐘同步協議，著重講解了導出高效時鐘補償評估方法以及運行評估指標等技術手段。《無線傳感器網絡同步技術（影印版）》適合電子信息專業、計算機專業的高年級本科生、研究生以及相關研究人員閱讀。
無線傳感器網絡同步技術目錄
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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
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1.

無線傳感器網絡同步技術
．當當[引用日期2020-02-28]

無線傳感器網絡同步技術：無線傳感器網絡知識點總結

第一章：無線傳感器網絡概述
1.什么是無線傳感器網絡？與無線局域網的區別？例舉三個無線傳感器網絡的例子？
無線傳感器網絡：是一種由傳感器結點構成的網絡，能夠實時監測，感知和采集結點部署區的環境或觀察者感興趣的感知對象的各種信息。
Ad hoc：無線自組織網絡，不需要固定的通信設備作為支撐，各個終端節點能夠自己構建自己的網絡域，動態的實現網絡互聯。
應用：環境的預測與保護，醫療護理，軍事領域，智能家居

2.畫圖描述無線傳感器網絡的體系結構？
三大部分：傳感網絡部分，匯聚節點，管理節點

3.OSI七層協議與無線傳感器網絡五層協議的異同點？按層對比說明？
物理層：大量的WSN網絡節點基于射頻電路
數據鏈路層：訪問控制，差錯控制
網絡層：特殊的多跳無線路由協議，路由算法在設計時需要考慮能耗問題，WSN網絡層的設計以數據為中心
傳輸層：互聯網的TCP協議不適于WSN的傳輸層
應用層：傳感器管理協議，任務分配和數據廣播管理協議，傳感器查詢和數據傳播管理協議

4.為何在無線傳感器網絡的每層協議都需要重點考慮功耗？
在WSN中，傳感器節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下工作，節點個數多，分布區域光，環境復雜

5.設計無線傳感器網絡的物理層，主要考慮哪些關鍵問題？為什么？
傳輸介質，頻率選擇，調制技術
傳輸介質：物理層的傳輸介質包括光纖，無線電波，紅外線，光波等。WSN主流傳輸方式是無線電波，無線電波易于產生，傳播距離遠，穿透性強。
頻率選擇：選用ISM頻段，優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。
調制技術：設計以節能和成本為主要標準的調制技術。為了滿足WSN最小化符號率和最大化數據傳輸率的指標，M－ary調制技術被用于WSN。

物理層需要考慮編碼調制方式，通信速率，通信頻段等問題。

6.簡述B-ary和M-ary的各自特點，舉例說明各自適應的應用場景。
M-ary：多進制調制利用多進制數字基帶信號調制載波的振幅，頻率，相位。
與二進制調制相比：
ａ．M-ary調制系統能夠通過單個符號的發送多位數據來減少發送時間。
ｂ．M-ary調制的電路更為復雜
ｃ．M-ary調制需要更高的發射功率來發送多元信號
ｄ．在啟動能量消耗較大的系統中，二進制調制機制更為有效，多進制調制機制僅僅對啟動能量消耗較低的系統適用。
ｅ．M-ary調制的誤碼率通常大于二進制調制的誤碼率

1.概念，功能，特點
特點：自組織，分布式，節點平等，安全性差
特征：計算能力不高，能量供應不可替代，節點變化性強，大規模
節點功能：a.動態配置，以支持多種網絡功能，b.節點可動態配置成網關，普通節點，c.遠程可編程，以便增加新的功能，d.定位功能，e.支持低功耗的網絡傳輸，f.支持長距離通信
WSN節點結構：

2.分布式特點
3.WSN時效性與實時性區別
無線傳感器網絡要求有較好的實時性

４.常見拓撲結構
５.分層，每層主要功能
６.自組織網，多跳傳輸的特點
多跳傳輸：由于通信范圍和能量節省考慮，節點只能與固定范圍內的節點交換數據，因此要訪問鄰居節點以外的節點或者要將數據傳送到外部網絡，必須采用多跳傳輸。

第二章物理層
１.主流傳輸方式，介質，特點
WSN物理層主流傳輸是無線電波，無線電波易于產生，傳播距離遠，穿透性強，通信無特殊限制
２.涉及的調制編碼技術，區別于傳統
M-ary多進制調制運用于WSN物理層調制。多進制調制通過單個符號發送多位數據得方法減少了發射時間，降低了發射功耗。

３.物理層主要功能，協議，解決問題
OSI物理層：物理層為建立，維護和釋放數據鏈路實體之間的二進制比特傳輸的物理連接，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相連，主要負責數據的調制，發送與接收，是決定WSN節點體積，成本以及功耗的關鍵環節
主要功能：ａ．為數據終端設備提供傳送數據的通路，ｂ．傳輸數據，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絡節點基本上都采用ISM波段

第三章：無線傳感器網絡數據鏈路層
1.無線傳感器網絡數據鏈路層的功能？
數據鏈路層就是利用物理層提供的數據傳輸功能，將物理層的物理連接鏈路轉換成邏輯連接鏈路，保證鏈路的可靠性。同時數據鏈路層也向網絡層提供透明可靠的數據傳送服務，負責數據流多路復用，數據幀監測，媒體訪問和差錯控制，保證WSN內點到點以及點到多點的連接。
MAC層協議的分類：
按節點接入方式劃分：偵聽，喚醒，調度MAC協議
按信道占用數劃分：單信道，雙信道，多信道MAC協議
按分配信道方式劃分：固定接入，隨機接入。其中競爭MAC協議都屬于隨機接入協議

MAC協議多余能量的消耗方面：碰撞，持續偵聽，控制開銷三方面浪費大量能量。

MAC層的關鍵性問題：
ａ．能量效率問題：降低能耗的主要方法是進行節點睡眠調度，減小協議的復雜度
ｂ．可擴展性：網絡的節點分布結構會動態的變化，MAC層協議必須具備可擴展性
ｃ．公平性：每個節點有相同的訪問信道的權利；每個節點的能量保持大概的平衡，從而延長整個網絡的壽命
ｄ．信道共享問題：因為WSN采用多跳共享方式，所以信道上數據會產生沖突和串擾（節點接收了大量沒用信息）

2.無線傳感器網絡數據鏈路層常見的協議有哪幾種？各自的特點？各自適應的應用場景？
２.１基于競爭的協議：S－MAC協議，T-MAC協議
２.１.１Ｓ－ＭＡＣ協議機制：
ａ．節點工作模式分為偵聽和睡眠狀態
ｂ．通過協商的一致性睡眠調度機制讓相鄰節點在相同時間活動，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．通過流量自適應的偵聽機制，減少網絡延時在傳輸過程中的累加效應

２.２基于分配的協議：SMACS協議，TRAMA協議，
２.３混合型MAC協議：
２.４跨層MAC協議
１.面向沖突，面向競爭的協議
２.基于競爭的協議，有圖的協議
３.WSN協議結構模型，畫圖

第四章：無線傳感器網絡的網絡層
1.無線傳感器網絡的網絡層的主要功能？與OSI七層協議的網絡層的不同點。
功能:
a.路由的選擇,尋找一條從源結點到目的節點的最優路徑
b.路由的維護,保證數據能夠沿著這條最優路徑進行數據的轉發
不同點:
傳統無線路由協議主要目的是減小網絡擁塞,保持網絡的數據交換,提供高質量的網絡服務
無線傳感器的特征:
大規模分布式應用,以數據為中心,基于局部拓撲信息,基于應用,數據的融合

2.無線傳感器網絡的網絡層協議面臨的問題？
最優路徑選擇,安全性,Qos保證,能量高效利用和均衡
節能,高擴展性,容錯性,數據融合技術,通信量分布不均勻

3.無線傳感器網絡的網絡層協議可以分為哪幾種？
基于數據的路由協議,基于集群的路由協議,基于地理位置的路由協議

基于數據的路由協議:能夠對感知的數據按照屬性命名,對相同屬性的數據在傳輸過程中進行融合操作,減少網絡中冗余數據的傳輸
基于集群的路由協議:考慮路由算法的可擴展性,分層的路由協議
基于地理位置的路由協議:利用節點的地理位置來改變以有的路由算法

4.對比WSN各種路由協議的特點和異同點。
5.泛洪協議的最主要優點和缺點？
優點:向節點廣播,直至數據到達目的地才停止
缺點:內爆和重疊,浪費了大量能量

6.什么是基于數據的路由協議？舉例有哪幾種？
SPIN路由算法(基于協商的路由算法)
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議？舉例有哪幾種？
分層的路由協議
LEACH路由協議：
TEEN協議:

8.什么是基于地理位置的路由協議？舉例有哪幾種？
利用位置數據,確定自己的路由協議,提高網絡性能
GAF路由算法：使用地理位置協助改進其余路由算法，以用來約束網絡中的路由搜索區域，減少網絡不必要的開銷．
GEAR算法：利用地理位置來實現自己的路由策略

9.什么是“洞現象”，舉例說明如何減少洞造成的節點死亡？
洞：某個節點的周圍沒有任何鄰居節點比它到事件區域的路徑所耗費的路徑代價更大
解決方法：出現洞現象時，選取臨界點中代價最小的節點作為下一跳節點

１.路由，路由維護，路由選擇
２.路由協議有哪幾類，區分

無線傳感器網絡路由協議的特點:
a.高效,均衡的利用好能量
b.協議精簡,無復雜算法,無大容量冗余數據需要存儲,控制開銷小
c.網絡的互連通過sink節點來完成,其余節點不提供網外通信
d.網絡無中心節點,多采用基于數據或基于位置的路由算法機制
e.由于節點的移動或者失效,一般采用多路徑備選

第五章：無線傳感器網絡的傳輸層
１.WSN的傳輸層協議特點
降低傳輸層協議的能耗,進行有效的擁塞控制,保證網絡的可靠性.

２.能否把TCP協議用于WSN，他們之間的關系
不能
ａ.TCP協議提供端到端的可靠信息傳輸,中間轉發節點沒有數據處理能力.而WSN要求節點能處理數據
b.TCP三次握手機制,時間長過程復雜.而WSN動態性強,實時性要求高,TCP沒有相應的處理機制
c.TCP可靠性要求高,而WSN有一定的數據包丟失或刪除
d.TCP協議中的ACK反饋機制時延高,能量消耗大,不適合WSN
e.TCP每個節點都有IP，在WSN中不現實

第六章：通信標準
１.Zigbee,IEEE802.15.4,藍牙之間的聯系，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絡拓撲結構；
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；
5)支持確認（ACK）機制，保證傳輸可靠性。

LR-WPAN網絡中，根據設備所具有的通信能力分為：全功能設備（FFD）、精簡功能設備（RFD）

IEEE802.15.4物理層數據服務包括以下五方面的功能：
（1）激活和休眠射頻收發器
（2）物理信道能量檢測
（3）檢測接收數據包的鏈路質量指示
（4）空閑信道評估
（5）收發數據
(6) 物理層屬性參數的獲取與設置

MAC層功能
1)協調器產生并發送信標幀，普通設備根據協調器的信標幀與協調器同步；
2)支持PAN（個人域網）網絡的關聯和取消關聯的操作；
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)支持不同設備的MAC層間可靠傳輸。

Zigbee協議簡介
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/數據鏈路層，Zigbee堆棧層和應用層。

ZigBee協議主要特征
省電 可靠 廉價 短時延 大網絡容量 安全

Zigbee網絡層功能
網絡層在MAC層與應用層之間提供合適的接口，通過激發MAC層動作執行尋址和路由功能。主要任務包括：
a.網絡的建立
b.設備的加入
c.設備段地址的分配
d.設備的離開
e.鄰居列表的維護

Zigbee網絡層包括網絡層數據實體和網絡層管理實體

Zigbee應用層：由應用支持子層（APS）、應用框架（AF）、Zigbee設備對象（ZDO）
Zigbee設備：協調器、路由器、終端設備

藍牙:
短距離通信,10m內
藍牙采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術,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
1.什么是無線傳感器網絡的時間同步？與傳統計算機網絡的時間同步有何不同？
時間同步：使網絡中所有節點的本地時間保持一致
時間同步的三種情況：判斷事件發生的先后順序，相對同步，絕對同步
時間同步的參考時間來源分：外同步和內同步
計數方式：硬件計數（晶振），軟件計數
時鐘偏移：本地時間與真實時間的差值，用來描述計數的準確度
時鐘漂移：本地時間變化率與1的差值，反映時鐘計數的穩定性

不同點：
現有傳統網絡的時間同步機制關心的是怎樣使同步誤差更小，不關心節點的計算復雜程度，通信的安全保障和能耗問題，NTP和GPS時間同步技術不適用于無線傳感器網絡。

2.時間同步的方法有哪些？哪些適合無線傳感器網絡？為什么？
DMTS同步：考慮報文的傳輸延遲，在設置本地時間時，報文中嵌入的時間加上傳輸延遲即節點的本地時間。算法簡單靈活，網絡流量小，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。接收節點只需要比較接收節點接收報文的時間誤差。但網絡開銷大。

TPSN同步：雙向報文交換協議，層次型網絡結構。分為層次發現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，協議的同步開銷比較大。

FTSP算法：使用單個廣播消息實現發送節點與接收節點之間的時間同步，采用同步時間數據的線性回歸方法估計時鐘漂移和偏差。

3.無線傳感器網絡時間同步的關鍵技術問題有哪些？
傳輸延遲不可預測，高能效，可擴展，健壯

4.列表比較時間同步技術的特點及優缺點？
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，FTSP最小

5.新型時間同步技術：
協作同步：遠方節點直接接收到時間基準節點的同步脈沖，中間節點只是起協調作用
螢火蟲同步：Pekin模型和Ｍ&S模型。優點
a.同步可直接在物理層而不需要以報文的方式實現
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，因此擴展性強
c.機制簡單，不需要對其他節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協議，有圖的協議

第八章：無線傳感器網絡結點定位技術
1.什么是無線傳感器網絡的定位技術？與傳統定位技術有何不同點？
無線傳感器網絡定位：依靠網絡中少量的位置已知的節點，通過鄰居節點間有限的通信和某種定位機制確定網絡中所有未知節點的位置。

自定位：確定節點自身在系統中的位置
目標定位：確定目標節點在系統中的位置

2.定位的方法有哪些？哪些適合無線傳感器網絡？為什么？
三邊定位法：
角度定位法：
3.無線傳感器網絡定位的關鍵技術有哪些？
4.列表比較定位技術的特點和優缺點？

1.類型區分
2.定位的基本原理

測量兩點之間的距離：
a.根據接收信號的強度來計算距離
b.根據信號傳播時間（TOA）或者時間差來計算距離（TDOA）
c.根據接收信號相位差定位
傳感器網絡定位算法特點：
自組織性，健壯性，節能性，分布式，可擴展性

第九章：容錯設計技術
1.什么是容錯？無線傳感器網絡容錯的重要性？
容錯：當由于種種原因在系統中出現了數據，文件損壞或丟失時，系統能夠將這些文件恢復到發生事故以前的狀態，使系統能夠連續正常運行的一種技術。

2.什么是失效，故障，差錯？
失效：設備停止工作，不能夠完成所要求的功能
故障：設備還能工作，但不能夠按照系統要求工作，得不到應有功能
差錯：設備出現了不正常的操作步驟或結果

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

4.無線傳感器網絡的可靠性主要體現在哪幾方面？分別如何實現可靠性？
事件的可靠性，數據包的可靠性

5.基于空間相關性的故障診斷有哪三種策略？各自特征是什么？
空間相關性：無線傳感器網絡中相鄰節點的同類傳感器之間所測量的值通常有很相近的特性
a.多數投票策略：通過與鄰居節點測量值進行比較，根據鄰居節點在誤差范圍內的個數。
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，節點級，網絡級

第十章服務質量QOS
6.什么是QOS？無線傳感器網絡的QOS需求有哪些？
含義：
應用角度：QOS代表用戶對于網絡所提供服務的滿意程度
網絡角度：QOS代表網絡向用戶所提供的業務參數指標
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在各個協議層是如何實現的？
應用層QOS：系統生命周期，查詢響應時間，事件檢測成功率，查詢結果數據的事件空間分辨率，數據可靠性，數據新穎度。
數據管理層QOS：傳感器節點相互合作，實現高效的信息采集和分發策略。資源自適應信息采集算法RAIG
數據傳輸層QOS：PSFQ（快吸慢取得方式，可靠得數據傳輸協議價），ESRT協議（新穎的數據傳輸方法）
網絡層QOS：路由協議通過將數據分組從源節點通過網絡轉發到目的節點
連通層QOS：保證網絡的感知覆蓋度和連通度
MAC層QOS：提出基于沖突和載波監聽的MAC協議，目標是最大化系統量，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絡中間件

8.什么是感知QOS？
感知QOS：WSN中傳感器節點對檢測區域的感應，監控的效果

9.簡述比較典型的WSN中使用的感知QOS算法與協議的特點和區別？
a.基于網格的覆蓋定位傳感器配置算法：
b.輪換活躍/休眠節點的覆蓋協議：
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？
可靠數據傳輸和擁賽控制

1.失效，故障，差錯概念區分
2.QOS含義和功能

第十一章：網絡管理
網絡管理：對網絡的運行狀態進行監測和控制
1.哪幾種，怎么區分
集中式網絡管理：依賴于少量的中心控制管理站
層次式網絡管理：設置若干個中間控制管理站點
分布式網絡管理：網絡具有多個控制管理站點，每個管理站點都管理各自的子網

網絡管理技術：
a.基于web的網絡管理技術
b.基于策略的網絡管理
c.基于智能agent技術的網絡管理
d.基于XML的網絡管理
e.基于web service的網絡管理

網絡管理的關鍵問題：
a.高效的通信機制
b.輕量型的結構
c.智能自組織的機制
d.安全穩定的環境

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