武汉理工大学期末无线传感网络复习资料Word格式.docx
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由图可以看出绝大部分能量消耗在无线通信的模块上面。
传感器节点传输信息时要比执行计算时更消耗电能，在100米距离上传输1比特信息所需要的能量大约相当于执行3000条计算指令所消耗的能量。
无线通信模块存在发送、接收、空闲和睡眠四种状态。
无线通信模块在空闲状态时会一直监听无线信道的使用情况，检查是否有数据发送给自己，而在睡眠状态则关闭无线通信模块。
无线通信模块在发送状态的能量消耗最大，在空闲状态和接收状态的能量接近，略少于发送状态下的能量消耗，在睡眠状态的能量消耗最少。
因此，减少不必要的发送和接收，不需要通信时尽快进入睡眠状态，都可以减少能量的消耗。
3.分级结构的原理，能说明什么问题。
分级网络结构，也叫层次网络结构，是无线传感器网络中平面网络结构的一种扩展拓扑网络，网络层分为上层和下层两部分。
上层为中心骨干的节点，下层为一般传感器节点。
通常，网络可能存在一个或者多个骨干节点，骨干节点之间或者一般传感器节点之间采用的是平面网络结构。
具有汇聚功能节点和一般传感器网络节点之间采用的是分级网络结构。
所有骨干节点均为对等结构，骨干节点和一般节点有着不同的功能特性，每个骨干节点均包含相同的MAC、路由、管理和安全等功能协议，而一般传感器节点一般没有路由、管理和汇聚的功能。
这种分级网络通常以簇的形式存在，按照功能分为簇首，即具有汇聚功能的骨干节点，称之为clusterhead，以及成员节点，即一般传感器节点，称之为member。
这种网络拓扑结构扩展性好，便于集中管理，可以降低系统建设的成本，提高网络覆盖率和可靠性。
但是集中管理开销大，硬件成本高，一般传感器节点之间可能不能直接通信。
4.
艺术馆问题：
设想艺术馆的业主需要摆放照相机，防止小偷盗窃。
为了实现这个算法需要回答两个问题：
首先，到底需要多少个相机；
其次，相机应当放在什么地方可以保证馆内每一个节点都至少能够被一台相机监测到。
假定相机可以有360度视角并且可以以极大的速度旋转，相机可以监视任意地方，视线不受影响。
问题优化就是要实现所需相机数量的最小化。
在这个问题中，艺术馆通常被建模成一个二维平面的简单多边形，一个简单的办法就是把多边形划分成为不重叠的三角形，每个三角形里面放置一个相机。
通过三角测量法可以将多边形分成若干个三角形，这样可以让任意一个多边形都被分成n/3个相机所监视到，这里n表示多边形包含的三角形个数。
这也是最糟糕的结果。
在上面的图中，放置两个相机足够覆盖整个艺术馆了。
5.数据融合的主要方法（P71）
通常，数据融合的大致过程如下，首先将被测对象的输出结果转换为电信号，然后经过A/D转换形成数字量。
接下来，数字电信号经过预处理，滤除数据采集过程中的干扰和噪声，接着对经过处理后有用的信号进行特征提取，实现数据融合，或者直接对信号进行融合处理，最后输出融合结果。
A．综合平均法：
该方法是把来多个传感器的众多的数据进行综合的平均，适合同类传感器检测同一目标的情况，这是最简单最直观的数据融合的方法，该方法将一组传感器提供的冗余信息进行加权平均，并将融合的结果作为融合值。
假设对一检测目标进行了K次检测，则综合平均的结果是：
其中Wi为分配给第i次检测的权重。
B．卡尔曼滤波法：
用于融合低层的实时动态多传感器的冗余数据，该方法利用测量模型的统计特性，递推地确定数据融合的估计，该估计在统计意义上是最优的。
如果系统可以用一个线性模型来描述，且系统与传感器的误差均值符合高斯白噪声模型，则卡尔曼滤波将为数据融合提供唯一统计意义上的最优估计。
卡尔曼的滤波特性使得它特别适合在那些不具备大量数据存储能力的系统中使用。
应用卡尔曼滤波后对n个传感器测量数据进行融合后，既可以获得系统当前状态估计，又可以预报系统未来的状态。
对所估计的系统状态可以表示移动机器人的当前位置、目标位置和速度、从传感器数据中抽样的特征或者实际测量值本身。
6.基于测距的定位技术（Min-Max定位方法）P63
锚点：
指通过其他的方式预先获得位置坐标的节点，有时也被称作信标节点。
多边定位法的浮点运算量大，计算代价高。
Min-max定位根据若干锚点位置和至待求节点的测距值，创建多个边界框，所有边界框的交集为一矩形，取此矩形的质心作为待定位节点的坐标。
这种定位方法计算简单，后人多以此为基础衍生出自己的定位方案。
7.传感器网络实例（P168-P169）
8.洪泛路由协议（简答/简述）
洪泛路由协议（FloodingProtocol）是一种最早的路由协议，接收到消息的节点以广播的彤式转发报文给所有的邻居节点。
源节点S希望发送数据给目的节点D，首先要通过网络将数据分组传送给它的一个邻居节点，各个邻居节点又将其传输给各自的邻居节点，除了刚刚给它们发送数据分组的节点S外。
如此继续下去，直到将数据传输到目标节点D为止，或者为该数据所设定的生命期限为0为止，或者所有节点拥有此数据分组位置。
洪泛法的优点和缺点都十分突出，其优点是实现简单，适用于健壮性要求高的场合；
其缺点是存在信息爆炸问题、出现部分数据交迭的现象和盲目使用资源等。
9.能量路由（计算）P195
能量路由是最早提出的传感器网络路由机制之一，根据节点的可用能量（PowerAvailable，PA）或传输路径上链路的能量需求，选择数据的转发路径。
节点可用能量就是节点当前的剩余能量。
在如图7-6所示的网络中，源节点是一般功能的传感器节点，完成数据采集工作。
汇聚节点是数据发送的目标节点。
大写字母表示节点，如节点A，节点右侧括号内的数字表示节点的可用能量。
图中的双向线表示节点之间的通信链路，链路上的数字表示在该链路上发送数据消耗的能量。
在图中，从源节点到汇聚节点的可能路径有4条。
路径1：
源节点—B—A—汇聚节点，路径上所有节点PA之和为4，在该路径上发送分组需要的能量之和为3；
路径2：
源节点—C—B—A—汇聚节点，路径上所有节点PA之和为6，在该路径上发送分组需要的能量之和为6；
路径3：
源节点—D—汇聚节点，路径上所有节点PA之和为3，在该路上发送分组需要的能量之和为4；
路径4：
源节点—F—E—汇聚节点，路径上所有节点PA之和为5，在该路径上发送分组需要的能量之和为6。
能量路由选择策略主要有以下几种：
最大可用能量路由、最小能量消耗路由、最少跳数路由和最大最小PA节点路由。
10.无线传感器网络硬件结构及分类（简答/简述）
无线传感器网络中主要涉及三类硬件平台：
传感器节点（SensorNode）、汇聚节点（又称基站、网关节点、Sink节点）及管理结点。
1．传感器节点
传感器节点兼作传统网络的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定任务。
2．汇聚节点
汇聚节点实现两个通信网络之间数据的交换，实现两种协议栈之间的通信协议转换，它发布管理节点的监测任务，并把收集到的数据转发到外部网络上。
其既可以是一个增强功能的传感器节点，也可以是没有监测功能仅带无线通信接口的特殊网关设备。
3．管理结点
管理结点对整个网络进行监测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备。
11.传感器集结点开发实例（设计）P249
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