无线传感网知识总结

智能家居
智能家居的发展阶段：
智能家居1.0:雏形阶段，最显著的呈现形式是家用电气设备的自动管理
智能家居2.0:初级阶段，智能家居单品问世，但单品相互孤立，无法相互连接
智能家居3.0:物联网阶段，利用网络通信等技术 具有智能控制、信息交流和消费服务功能的家庭设施与住宅环境有机结合
智能家居4.0：智能家居与人工智能结合。根据客户需求定制的全屋智能家居系统可以感知用户在家中的即时性需求，提供智能化服务
智能家居的关键技术：
网络技术：以光纤到户、光纤到社区为主要接入方式，Wifi无线网络技术，其无线电波覆盖范围广，速度快，可靠，更好地实现家电的智能控制。
自动控制技术：通过具有一定控制功能的系统实现各种设备的控制活动，确保家电设备运行顺利，冰实现自动控制目标
物联网技术：通过各种信息传感设备，实时收集需要监控、连接、交互的物体过程等信息，实现物体、物体、人、所有物体与网络的连接，便于识别、管理和控制，与互联网形成巨大的网络。
（分为感知层、网络层和应用层。感知层使用各种传感器和传感器网络来感知和收集外部信息，网络层可以有效、无障碍地将感知信息传输到应用层、应用层处理和管理数据）
如何实现智能家居，6个子系统
智能照明控制系统
智能安全控制系统
智能背景音乐控制系统
智能煤水电控制系统
智能家电控制系统
智能车库控制系统
应用智能系统ZigBee技术连接定位，当用户进入房间时，首先定位位置，然后通过有线网络和无线使用手机或其他电子设备WIFI或移动网络获取房间定位，打开灯或调节灯；智能家电温度控制系统通过温度传感器获取室内温度，判断调节温度。自动化控制技术使智能家居成为人们生活中减轻负担的自动化者，提高了人们的物质和文化生活水平
无线传感网跨层次设计：
在无线传感网的设计中，传感器网络协议栈的核心部分是网络层的路由协议和数据链路层的MAC协议。路由协议决定哪些节点形成转发路径，MAC该协议决定了无线收发模块的工作模式。部署在拓扑控制算法中MAC它为路由层提供了足够的路由更新信息，路由表的变化也适得其反，MAC该层可提供给邻居发现拓扑控制算法等消息。在设计拓扑控制策略时，应尽可能使其具有覆盖、连接、对称、平面、稀疏、节点的边界和有限伸长，并考虑负载平衡、简单性、可靠性、可扩展性等性质。
拓扑控制传感器节点部署在二维或三维空间中，基于节点功率控制算法解决传感器网络拓扑控制中的功率控制问题，动态调整节点的发射功率，确保网络连接和节点间链路的冗余和可扩展性。
在拓扑管理机制下，网络中的节点分为骨干网络节点和普通节点。骨干节点是集群节点和普通节点。采用自适应集群拓扑算法（LEACH算法)，循环建立和稳定的数据通信阶段，确保每个节点等概率作为簇头，使网络中的节点能耗相对平衡。
传感器节点由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源管理单元组成，通常由电池供电。为了最大限度地提高节点的使用寿命，必须根据能量有效性设计电路、结构系统、算法和协议。如果设计了系统，可以使用额外的能量节约DPM技术获得。要求节点具有适度的可扩展能量特性，可根据传感器精度延长任务期限。必要时关闭设备并唤醒设备。
传感器节点之间需要遵循一个共同的时间标准，即时间必须同步。时间同步需要满足两个节点的信息同步和通信延迟的不确定性。传感器网络的时间同步协议通常用于实现时间同步（TPSN）。TPSN依靠在MAC层数据包的时间戳最小化延迟，减少误差。
无线传感器网络系统布置后，需要考虑节点定位。未知节点通过锚节点向网络广播信标信息，或通过与相邻锚节点或已知位置信息的邻居节点通信，获取与其他节点的距离或跳数信息，然后根据某些定位算法获取自己的位置信息。

一、MAC协议的分类

1. 信道数：单信道、双信道MAC协议。
2. 基于TDMA时间复用固定式，基于CSMA随机竞争和混合。
3. 节点的工作模式：侦听、唤醒和调度。
4. 控制方法：分布式执行协议和集中控制协议。
   二、IEEE 802.11协议
   1.IEEE 802.11 网络拓扑结构：
   （1）AdHoc网络形式(也称为点对点网络形式或独立基本服务集合)。
   它是一个由移动主机组成的移动网络，没有固定和有线的基础设施，网络中的节点。具体意义是由多个带有无线收发装置的移动终端组成的多跳临时自治网络系统。
   (2)基础网络形式。
   又称中央网络，要求无线接入点作为中央网站，负责移动终端的管理，协调无线与有线网络之间的通信。
   (3)扩展服务集结构形式。
   为增加无线局域网的覆盖范围和用户数量，提供终端用户在不同区域的无缝切换，在有线网络中连接无线接入点，将无线网络连接到有线网络的主干。
   2.IEEE 802.11协议MAC层层工作模式
   802.11协议簇规定了两种不同之处MAC一种是分布式协调功能（DCF），支持传输异步数据PCF机制的基础。DCF无论拓扑结构是基本网络配置还是拓扑结构，机制都可以应用于所有网站IBSS；另一种访问机制是点协调机制（PCF），只能用于基本网络配置的拓扑结构。PCF工作原理主要是轮询机制，即由点协调器控制令牌循环。
   三、基于竞争MAC协议
   1.S-MAC协议
   （1）是在802.11 MAC根据协议，根据传感器网络的节能需求提出传感器网络MAC协议。
   (2)主要机制:周期性侦听与睡眠、流量自适应侦听机制、串音避免与消息传递。
   2.T-MAC协议
   （1）是在S-MAC在协议的基础上提出。
   (2)基本工作原理:采用周期性调查/睡眠工作减少空闲调查。
   (3)解决早睡问题的两种方法:发送未来请求法（FRTS）和满缓冲区优先。
   四、基于时间重用MAC协议
   1.基于分簇网络MAC协议
   2.基于周期性调度MAC协议
   五、平面路由协议
5. 各传感器节点在平面路由协议中的地位平等。
   优点:没有特殊节点，路由协议的鲁棒性更好，通信流量平均分散在网络中。
   缺点：缺乏可扩展性，限制了网络的规模。
6. Flooding and Gossiping协议
   （1） 洪水路由协议
   洪泛路由协议是最早的路由协议之一，消息的节点以广播的形式向所有邻居节点转发报告。
   （2） 闲聊法
   是洪泛法的改进版。为减少资源的不必要消耗，闲聊法引入了随机发送数据的方法。
   六、层次路由协议
   1.在层次路由协议中，网络通常分为一个或多个成员，形成一个更高层次的网络。在先进的网络中，它可以再次形成一个更高层次的网络，直到形成最高层次的网络。在分级结构中，群头节点不仅负责收集和整合管辖范围内的信息，还负责群之间的数据转发。
   层次路由协议中每个簇群的形成通常是基于传感器节点的保留能量和簇群头节点的接近程度，同时为了延长整个网络的生存期，簇群头节点的选择需要周期更新。
   层次路由的优点：适用于大型传感器网络环境，可扩展性好。
   缺点：集群头节点的可靠性和稳定性对整个网络的性能有很大的影响，信息的收集和处理也会消耗集群头节点的大量能量。
   2.LEACH
   低功耗自适应聚类分级协议是无线传感器网络中最早提出的分层路由算法
   3.PEGASIS
   传感器信息系统协议采集协议LEACH协议中提出的改进路由算法。