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编程问答

无线传感器网络笔记

發(fā)布時(shí)間:2023/12/10 编程问答 37 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 无线传感器网络笔记 小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

目錄

一?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

二?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

三?路由協(xié)議

四 MAC協(xié)議

五 拓?fù)淇刂?/p>

六 WSN定位技術(shù)

七?時(shí)間同步

八 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

九 ZigBee硬件平臺(tái)

十 NesC語言

十一?TinyOS操作系統(tǒng)


?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

  • 短距離無線通信特點(diǎn):通信距離短,覆蓋距離一般為10~200m。無線發(fā)射器的發(fā)射功率較低,發(fā)射功率一般小于100mW。工作頻率多為免付費(fèi)、免申請(qǐng)的全球通用的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療頻段。
  • 短距離無線通信技術(shù)的概念:指集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體的綜合型智能信息系統(tǒng),并且其傳輸距離限制在一個(gè)較短的范圍內(nèi)。
  • 低成本低功耗對(duì)等通信是短距離無線通信技術(shù)的三個(gè)重要特征和優(yōu)勢(shì)。
  • 常見的無線通信技術(shù)有IrDA技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、WIFI技術(shù)、RFID技術(shù)、UWB技術(shù)、Zigbee技術(shù)
  • 以數(shù)據(jù)傳輸為主要功能的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)稱為無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
  • ALOHA協(xié)議是一種使用無線廣播技術(shù)的分組交換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,也是最早最基本的無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議。
  • ALOHA協(xié)議分為純ALOHA和時(shí)隙ALOHA兩種。
  • ALOHA技術(shù)的特點(diǎn):原理非常簡(jiǎn)單,特別便于無線設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
  • 無線局域網(wǎng)是在各工作站和設(shè)備之間,不再使用通信電纜,而采用無線的通信方式連接的局域網(wǎng)。
  • 無線局域網(wǎng)的傳輸媒體主要有兩種:無線電波和紅外線。
  • 根據(jù)調(diào)制的方式不同,無線電波方式可分為擴(kuò)展頻譜方式和窄帶調(diào)制方式。
  • 擴(kuò)展頻譜方式是指用來傳輸信息的射頻帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式,它雖然犧牲了頻帶帶寬,卻提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性。
  • 窄帶調(diào)制方式是指數(shù)據(jù)基帶信號(hào)的頻譜不做任何擴(kuò)展即被直接搬移到射頻發(fā)射出去,與擴(kuò)展頻譜方式相比,窄帶調(diào)制方式占用頻帶少,頻帶利用率高,但是通信可靠性較差。
  • 紅外線方式最大的有限是不受無線電干擾,且紅外線的使用不受國(guó)家無線電管理委員會(huì)限制,但是紅外線對(duì)非透明物體的透過性較差,傳輸距離受限。
  • 無線個(gè)域網(wǎng)是一種與無線廣域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)并列但覆蓋范圍較小的無線網(wǎng)絡(luò),是為了實(shí)現(xiàn)活動(dòng)半徑小、業(yè)務(wù)類型豐富、面向特定群體、無線無縫的連接而提出的新興無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
  • 無線自組織網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由幾十到上百個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的、采用無線通信方式的、動(dòng)態(tài)組的多跳的移動(dòng)性對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過動(dòng)態(tài)路由和移動(dòng)管理技術(shù)傳輸具有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體信息流。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò),再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。
  • 傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn):
  • 大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)
  • 自組織網(wǎng)絡(luò)
  • 多跳路由
  • 動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)
  • 以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)
  • 兼容性應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)
  • 傳感器節(jié)點(diǎn)的限制
  • 電源能量有限
  • 通信能量有限
  • 計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限
  • 拓?fù)淇刂剖菬o線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心技術(shù)之一。
  • 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)淇刂瓢凑昭芯糠较蚩煞譃?#xff1a;節(jié)點(diǎn)功率控制和層次型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組織。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的安全機(jī)制:機(jī)密性、點(diǎn)到點(diǎn)的消息認(rèn)證、完整性鑒別、新鮮性、認(rèn)證廣播和安全管理。
  • 時(shí)間同步是需要協(xié)同工作的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。
  • 三個(gè)基本的時(shí)間同步機(jī)制:RBS、TINY/MINI-SYNC和TPSN。
  • RBS機(jī)制是基于接收者-接收者的時(shí)鐘同步一個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)鐘參考分組,廣播域內(nèi)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別采用本地時(shí)鐘記錄參考分組的到達(dá)時(shí)間,通過交換記錄時(shí)間來實(shí)現(xiàn)它們之間的時(shí)鐘同步。
  • TINY/MINI-SYNC是簡(jiǎn)單的輕量級(jí)的同步機(jī)制:假設(shè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘漂移遵循線性變化,那么兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間偏移也是線性的,可通過減緩時(shí)標(biāo)分組來估計(jì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最優(yōu)匹配偏移量。
  • TPSN采用層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步:所有節(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯分級(jí),通過基于發(fā)送者-接收者的節(jié)點(diǎn)對(duì)方式,每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠與上一級(jí)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步,從而實(shí)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。
  • 基于距離的定位機(jī)制:通過測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位來確定未知節(jié)點(diǎn)的位置,通常采用測(cè)距、定位和修正等步驟實(shí)現(xiàn)。
  • 根據(jù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)間距離或方位時(shí)所用的方法,基于距離的定位分為基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位、基于RSSI的定位。
  • 傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有集中式、半分布式、分布式以及層次式結(jié)構(gòu),目前大多數(shù)研究工作集中在半分布式結(jié)構(gòu)方面。
  • 傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用網(wǎng)絡(luò)外部存儲(chǔ)、本地存儲(chǔ)和以數(shù)據(jù)為中心的存儲(chǔ)三種方式。
  • 查詢操作可以按照集中式、分布式或流水線式查詢進(jìn)行設(shè)計(jì)。
  • IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是:低功耗、低成本。
  • 傳感器節(jié)點(diǎn)兩個(gè)突出的特點(diǎn):并發(fā)性密集、傳感器節(jié)點(diǎn)模塊化程度很高。
  • 應(yīng)用層的作用:研究各種傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和多任務(wù)之間的協(xié)調(diào)。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用:
  • 軍事應(yīng)用
  • 智能家居
  • 環(huán)境監(jiān)測(cè)
  • 建筑物質(zhì)量監(jiān)控
  • 醫(yī)療護(hù)理
  • 其他方面應(yīng)用
  • ?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。
  • 自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)通過局部的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交互來完成全局任務(wù)。
  • 多跳、對(duì)等通信方式比傳統(tǒng)的單跳、主從通信方式更適合在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用,由于每跳的距離較短,無線收發(fā)器可以在較低的能量級(jí)別上工作,另外,多跳通信方式可以有效地避免在長(zhǎng)距離無線信號(hào)傳播過程中遇到的信號(hào)衰減和干擾等各種問題。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括4類基本實(shí)體對(duì)象:目標(biāo)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)。
  • 傳感節(jié)點(diǎn)具有原始數(shù)據(jù)采集、本地信息處理、無線數(shù)據(jù)傳輸及與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作的能力,依據(jù)應(yīng)用需求,還可能攜帶定位、能源補(bǔ)給或移動(dòng)等模塊。節(jié)點(diǎn)可采用飛行器撒播、火箭彈發(fā)射或人工埋置等方式部署。
  • 目標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)感興趣的對(duì)象及其屬性,有時(shí)特指某類信號(hào)源。
  • 觀測(cè)節(jié)點(diǎn)身份:觀測(cè)節(jié)點(diǎn)有雙重身份。一方面,在網(wǎng)內(nèi)作為接收者和控制者,被授權(quán)監(jiān)聽和處理網(wǎng)絡(luò)的事件消息和數(shù)據(jù),可向傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請(qǐng)求或派發(fā)任務(wù);另一方面,面向網(wǎng)外作為中繼和網(wǎng)關(guān)完成傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)間信令和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,是連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的橋梁。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括:傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。
  • 匯聚節(jié)點(diǎn):匯聚節(jié)點(diǎn)處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力相對(duì)較強(qiáng),它連接傳感器網(wǎng)絡(luò)和Internet等外部網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換,同時(shí)發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù),并把收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)上。
  • 管理節(jié)點(diǎn):即用戶節(jié)點(diǎn),用戶通過管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理,發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)以及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
  • 傳感器節(jié)點(diǎn)的功能模塊:
  • 數(shù)據(jù)采集模塊:它是硬件平臺(tái)中真正與外部信號(hào)量接觸的模塊,一般包括傳感器探頭和變送系統(tǒng)兩部分,負(fù)責(zé)對(duì)感知對(duì)象的信息進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
  • 處理控制模塊:它是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心,負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作、存儲(chǔ)與處理自身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)。
  • 無線通信模塊:用于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信,負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信、交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)。
  • 能量供應(yīng)模塊:是整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)模塊,為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量,是節(jié)點(diǎn)正常順利工作的保證。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu):管理和信息安全縱向貫穿于各個(gè)層次的技術(shù)架構(gòu),最底層是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層,逐漸向上展開的是應(yīng)用支撐層、應(yīng)用業(yè)務(wù)層、具體的應(yīng)用領(lǐng)域——軍事、環(huán)境、健康和商業(yè)等。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件和平臺(tái)軟件體系結(jié)構(gòu)主要分為4個(gè)層次:網(wǎng)絡(luò)適配層、基礎(chǔ)軟件層、應(yīng)用開發(fā)層和應(yīng)用業(yè)務(wù)適配層。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件和平臺(tái)軟件體系結(jié)構(gòu):
  • 網(wǎng)絡(luò)適配層:在網(wǎng)絡(luò)適配層中,網(wǎng)絡(luò)適配器是對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)底層的封裝。
  • 基礎(chǔ)軟件層:基礎(chǔ)軟件層包含無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各種中間件。這些中間件構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟件的公共基礎(chǔ),并提高了高度的靈活性、模塊化和可移植性。
  • 網(wǎng)絡(luò)中間件:完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)生成服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)自愈合服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)連通性服務(wù)等。
  • 配置中間件:完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種配置工作,例如路由配置,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的調(diào)整等。
  • 功能中間件:完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各種應(yīng)用業(yè)務(wù)的共性功能,提供各種功能框架接口。
  • 管理中間件:為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)各種管理功能,例如目錄服務(wù)、資源管理、能量管理、生命周期管理。
  • 安全中間件:為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)各種安全功能,例如安全管理、安全監(jiān)控、安全審計(jì)。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層,還包括能量管理、移動(dòng)管理和任務(wù)管理等平臺(tái)。
  • 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)各層次功能:
  • 物理層:負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)規(guī)范,規(guī)定了工作頻段、工作溫度、數(shù)據(jù)調(diào)制、信道編碼、定時(shí)、同步等標(biāo)準(zhǔn)。
  • 數(shù)據(jù)鏈路層:負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的多路復(fù)用、數(shù)據(jù)幀檢測(cè)、媒體介入和差錯(cuò)控制,以保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的連接。
  • 網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)和路由選擇,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合,使得傳感器節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)有效的相互通信。
  • 傳輸控制層:負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制,實(shí)現(xiàn)將傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)提供給外部網(wǎng)絡(luò),是保證通信服務(wù)質(zhì)量的重要部分。
  • 應(yīng)用層:包括一系列基于監(jiān)測(cè)任務(wù)的應(yīng)用層軟件。
  • ?路由協(xié)議

  • ?路由協(xié)議的基本概念:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議設(shè)計(jì)是無線傳感器自組網(wǎng)中的一個(gè)核心環(huán)節(jié),路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn),它主要包括尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑、并沿此優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等兩個(gè)方面的功能。
  • 路由協(xié)議的固有特點(diǎn):在WSN中,節(jié)點(diǎn)能量有限且一般沒有能量補(bǔ)充,因此路由協(xié)議需以節(jié)約能源為主要目標(biāo),高效利用能量,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。
  • 路由協(xié)議新的問題和挑戰(zhàn):
  • 節(jié)點(diǎn)沒有統(tǒng)一的標(biāo)志
  • 能量受限
  • 面向特定應(yīng)用
  • 頻繁變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
  • 容錯(cuò)性
  • 可擴(kuò)展性
  • 連通性
  • 數(shù)據(jù)融合
  • 服務(wù)質(zhì)量
  • 安全機(jī)制
  • 路由協(xié)議設(shè)計(jì)要求:
  • 能量高效:傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議不僅要選擇能量消耗小的消息傳輸路徑,而且要從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的角度考慮,選擇能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量均衡消耗的路由。傳感器節(jié)點(diǎn)的資源有限,傳感器的路由機(jī)制要能夠簡(jiǎn)單而且高效的實(shí)現(xiàn)信息傳輸。
  • 可擴(kuò)展:在WSN中,檢測(cè)區(qū)域范圍或節(jié)點(diǎn)密度不同,都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小不同,節(jié)點(diǎn)失敗、新節(jié)點(diǎn)加入以及節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等,都會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)發(fā)生變化,這就要求路由機(jī)制具有可擴(kuò)展性,能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化。
  • 具有魯棒性:能量用盡或環(huán)境因素造成的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的失敗,周圍環(huán)境影響無線鏈路的通信質(zhì)量以及無線鏈路本身的缺點(diǎn)等,這些WSN的不可靠特性要求路由機(jī)制具有一定的容錯(cuò)能力。
  • 快速收斂性:傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化,節(jié)點(diǎn)能量和通信帶寬等資源有限,因此要求路由機(jī)制能夠快速收斂,以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化,減少通信協(xié)議開銷,提高消息傳輸?shù)男省?/li>
  • 路由協(xié)議標(biāo)準(zhǔn):WSN路由協(xié)議負(fù)責(zé)在sink點(diǎn)和其余節(jié)點(diǎn)間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。
  • 路由協(xié)議類型:
  • 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    平面路由協(xié)議

    層次路由協(xié)議

    數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂綏l數(shù)

    單路徑路由協(xié)議

    多路徑路由協(xié)議

    路由是否由源節(jié)點(diǎn)指定

    基于源路徑路由協(xié)議

    非基于源路徑路由協(xié)議

    路由建立是否與查詢相關(guān)

    查詢驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議

    非查詢驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議

    節(jié)點(diǎn)是否編制、是否以地址標(biāo)識(shí)目的地

    基于地址路由協(xié)議

    非基于地址路由協(xié)議

    是否以地理位置來標(biāo)識(shí)目的地

    基于地址路由協(xié)議

    非基于地址路由協(xié)議?

    路由建立時(shí)機(jī)與數(shù)據(jù)發(fā)送的先后關(guān)系

    主動(dòng)路由協(xié)議

    按需路由協(xié)議

    混合路由協(xié)議

    路由選擇是否考慮QoS約束

    保證QoS路由協(xié)議

    非保證QoS路由協(xié)議

    是否以數(shù)據(jù)類型來尋找路徑

    基于數(shù)據(jù)路由協(xié)議

    非基于數(shù)據(jù)路由協(xié)議

  • 平面路由簡(jiǎn)單,健壯性號(hào),但建立、維護(hù)路由的開銷大,數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)多,適合小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。
  • 層次路由擴(kuò)展性好,適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò),但簇的維護(hù)開銷大,且簇頭是路由的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),其失效將導(dǎo)致路由失敗。
  • Rumor協(xié)議:Rumor協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是避免了大量擴(kuò)散,顯著節(jié)省能量,適用于數(shù)據(jù)傳輸量較小的情況,但如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變動(dòng),則Rumor協(xié)議的性能會(huì)大幅下降,
  • EAR協(xié)議:EAR協(xié)議是一個(gè)反應(yīng)式路由協(xié)議,其主要目的是用于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
  • HREEMR協(xié)議:HREEMR協(xié)議利用多路徑技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能源有效的故障修復(fù),并解決了DD協(xié)議為提高協(xié)議的健壯性,采用周期低速率擴(kuò)散數(shù)據(jù)而帶來的能源浪費(fèi)問題。
  • SMECN協(xié)議:SMECN協(xié)議是節(jié)點(diǎn)定位的路由協(xié)議,它是針對(duì)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的MECN協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。該協(xié)議通過構(gòu)建具有ME屬性的子圖來降低傳輸數(shù)據(jù)所消耗的能量,從而更好地滿足了WSN對(duì)節(jié)能性的需求。
  • GEM協(xié)議:GEM路由協(xié)議是一種適用于數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)方式的基于位置的路由協(xié)議。其基本思想是建立一個(gè)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng),用來表示實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
  • Flooding/Gossiping協(xié)議:在Flooding協(xié)議中,節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)后向所有鄰節(jié)點(diǎn)廣播,直到數(shù)據(jù)包過期或到達(dá)目的地。Gossiping協(xié)議是對(duì)Flooding協(xié)議的改進(jìn),節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生或收到的數(shù)據(jù)隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā),而不是用廣播。這種方式避免了以廣播形式進(jìn)行信息傳播的能量消耗,節(jié)約能量,在一定程度上解決了信息的內(nèi)爆問題,但增加了信息的數(shù)據(jù)傳輸平均時(shí)延,傳輸速度變慢,并且無法解決部分交疊現(xiàn)象和盲目利用資源問題。
  • DD路由協(xié)議:DD協(xié)議是以數(shù)據(jù)為中心的路由算法,是一種基于查詢的路由機(jī)制。整個(gè)過程分為興趣擴(kuò)散、梯度建立以及路徑加強(qiáng)三個(gè)階段。
  • SPIN協(xié)議:SPIN路由算法是一種以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)通信路由協(xié)議。節(jié)點(diǎn)僅廣播采集數(shù)據(jù)的屬性描述信息而不是數(shù)據(jù)本身,當(dāng)有相應(yīng)的請(qǐng)求時(shí),才有目的地發(fā)送數(shù)據(jù)信息。其目標(biāo)是通過使用節(jié)點(diǎn)間的協(xié)商制度和資源自適應(yīng)機(jī)制,解決傳統(tǒng)泛洪法存在的不足之處。
  • SPIN協(xié)議中使用的三種消息類型:
  • ADV,用于新數(shù)據(jù)廣播。
  • REQ,用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。
  • DATA,包含了元數(shù)據(jù)頭,傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包。
  • SPIN協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn):
  • 優(yōu)點(diǎn):元數(shù)據(jù)的傳輸耗能相對(duì)較少;只廣播其他節(jié)點(diǎn)沒有的數(shù)據(jù),減少了能耗;不維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息,適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的情況。

    缺點(diǎn):健壯性差,會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)盲點(diǎn),它的擴(kuò)展受限,如果sink對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)事件感興趣,sink周圍的節(jié)點(diǎn)能量會(huì)很快耗盡,不適用于高密度節(jié)點(diǎn)分部的情況。

  • SAR協(xié)議:SAR協(xié)議是第一個(gè)具有QoS的路由協(xié)議。該協(xié)議通過構(gòu)建以sink的單跳鄰居節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的多播樹實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)到Sink的多跳路徑。它的特點(diǎn)是路由決策不僅要考慮到每條路徑的能源,還涉及到端到端的延遲需求和待發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)。
  • 層次結(jié)構(gòu)基本概念:將所有節(jié)點(diǎn)劃分為若干簇,每個(gè)簇按照一定規(guī)則來選舉一個(gè)簇頭。各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)在簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行融合,再由簇頭節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。
  • 層級(jí)機(jī)制的優(yōu)點(diǎn):
  • 簇頭融合了成員節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),減少了數(shù)據(jù)通信量,從而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能量。
  • 成員節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間可以關(guān)閉通信模塊,由簇頭構(gòu)成一個(gè)更上一層的連通網(wǎng)絡(luò)來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)距離路由轉(zhuǎn)發(fā)。這樣既保證了原有覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信,也在很大程度上節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能量。
  • 成員節(jié)點(diǎn)的功能比較簡(jiǎn)單,無須維護(hù)復(fù)雜的路由信息,這大大的減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量,減少了通信量。
  • 分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便于管理,有利于分布式算法的應(yīng)用,可以對(duì)系統(tǒng)變化做出快速反應(yīng),具有較好的可擴(kuò)展性,適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。
  • 與平面路由相比,更容易克服傳感器節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來的問題。
  • 層級(jí)機(jī)制的缺點(diǎn):簇頭節(jié)點(diǎn)容易成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸,因此要求路由算法具有一定的容錯(cuò)性;同時(shí)簇的負(fù)載均衡也是分布式成簇的一大挑戰(zhàn)。
  • LEACH協(xié)議基本思想: 通過等概率地隨機(jī)循環(huán)選擇簇頭,將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn),從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能量耗費(fèi)、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。
  • PEGASIS協(xié)議:PEGASIS協(xié)議要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的位置,通過貪婪算法選擇最近的鄰節(jié)點(diǎn)形成鏈。
  • TEEN協(xié)議:TEEN協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸模式的不同,通常可以簡(jiǎn)單地把WSN分為主動(dòng)型和響應(yīng)型兩種類型。主動(dòng)型WSN持續(xù)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境,并以恒定速率發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);而響應(yīng)性WSN只是在被監(jiān)測(cè)對(duì)象發(fā)生突變時(shí)才傳送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
  • GAF協(xié)議:GAF路由協(xié)議是基于位置信息的能量感知路由協(xié)議,其最初是應(yīng)用在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中,但對(duì)于很多傳感器網(wǎng)絡(luò)同樣適用。協(xié)議的基本思想是將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分成很多小區(qū),每個(gè)小區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作,一部分節(jié)點(diǎn)保持正常工作狀態(tài),完成數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù);另一部分節(jié)點(diǎn)可以處于睡眠狀態(tài)以節(jié)省能量,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)整體壽命。
  • 缺點(diǎn):每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要通過GPS得到自己的地理信息,這大大的增加了節(jié)點(diǎn)的成本和復(fù)雜度,不適用于很多場(chǎng)合。

  • GEAR協(xié)議:GEAR協(xié)議是一種基于位置信息的能量感知路由,并將整體網(wǎng)絡(luò)按地理區(qū)域劃分成多個(gè)小區(qū)域。GEAR路由機(jī)制根據(jù)時(shí)間區(qū)域的地理位置信息,建立匯聚節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的優(yōu)化路徑,避免了泛洪傳播,從而減少了路由建立的開銷。
  • SPAN協(xié)議:SPAN協(xié)議是一種基于位置的路由協(xié)議,協(xié)議根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置,從中選取出一些協(xié)調(diào)點(diǎn)。協(xié)調(diào)點(diǎn)將組成一個(gè)骨干網(wǎng);傳感器節(jié)點(diǎn)將手機(jī)的信息沿著協(xié)調(diào)點(diǎn)組成的骨干網(wǎng)傳送到sink點(diǎn)。
  • 協(xié)調(diào)點(diǎn)的選取原則:如果兩個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)不能直接通信,并且通過現(xiàn)有的一個(gè)或者兩個(gè)協(xié)調(diào)點(diǎn)依然無法連接通信,那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)將成為協(xié)調(diào)點(diǎn)。
  • SOP協(xié)議:SOP協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分成兩類,即傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。協(xié)議中的傳感器節(jié)點(diǎn)是可以移動(dòng)的,但路由節(jié)點(diǎn)不能移動(dòng)。
  • 四 MAC協(xié)議

  • MAC研究現(xiàn)狀:研究如何將節(jié)能策略引入傳統(tǒng)自組網(wǎng)MAC協(xié)議,并避免對(duì)協(xié)議性能產(chǎn)生不利影響,以及如何使無業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)最大可能進(jìn)入休眠而避免能耗。
  • MAC研究趨勢(shì):業(yè)務(wù)流的方向性、節(jié)點(diǎn)的不同轉(zhuǎn)發(fā)角色、監(jiān)測(cè)信息在時(shí)間和空間上的相關(guān)性以及監(jiān)測(cè)信息冗余。針對(duì)應(yīng)用需求或業(yè)務(wù)特點(diǎn)量身設(shè)計(jì),或者與節(jié)能策略相結(jié)合,以進(jìn)一步提高能量有效性或在多個(gè)其他特殊需求中權(quán)衡取舍逐漸成為MAC協(xié)議的研究趨勢(shì);
  • MAC協(xié)議分類:
  • 根據(jù)采用分布式控制還是集中控制,可分為分布式執(zhí)行的協(xié)議和集中控制的協(xié)議。這類協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模直接有關(guān),在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中通常采用分布式的協(xié)議。
  • 根據(jù)使用的信道數(shù),可分為單信道、雙信道和多信道。
  • 根據(jù)信道的分配方式,可分為基于TDMA的時(shí)分復(fù)用固定模式、基于CSMA的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)式和混合式三種。
  • 根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)的工作方式,可分為偵聽、喚醒和調(diào)度三種。
  • 影響WSN的MAC協(xié)議因素
  • WSN的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)主要問題
  • 能量有效性
  • 可擴(kuò)展性
  • 沖突避免
  • 信道利用率
  • 延遲
  • 吞吐量
  • 公平性
  • 能耗因素分析
  • 空閑偵聽
  • 消息碰撞
  • 竊聽
  • 控制報(bào)文開銷
  • 發(fā)送失效
  • 在控制節(jié)點(diǎn)之間的信道分配時(shí),如果控制消息過多,也會(huì)消耗較多的網(wǎng)絡(luò)能量
  • 通信模式
  • 廣播模式:通常在由基站向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息時(shí)使用。
  • 會(huì)聚模式:WSN中的節(jié)點(diǎn)在感知到興趣的事件時(shí),所有監(jiān)測(cè)到事件的節(jié)點(diǎn)都把所感知的信息發(fā)送給信息中心。
  • 本地通信:監(jiān)測(cè)同一個(gè)事件的節(jié)點(diǎn)之間,在本地的相互通信。
  • 多播模式:節(jié)點(diǎn)把信息發(fā)送給一組特定的節(jié)點(diǎn)。
  • MAC協(xié)議的特點(diǎn)
  • 采用基于TDMA的接入方式
  • 利用分群結(jié)構(gòu)群首局部集中控制的機(jī)制
  • 與多跳轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)的資源分配策略
  • 冗余相關(guān)數(shù)據(jù)的隱聚合
  • 吞吐量:在給定的時(shí)間內(nèi)發(fā)送端能夠成功發(fā)送給接收端的數(shù)據(jù)量。
  • C-TDMA協(xié)議將WSN的節(jié)點(diǎn)劃分為4種狀態(tài):感應(yīng)、轉(zhuǎn)發(fā)、感應(yīng)并轉(zhuǎn)發(fā)、非活動(dòng)。
  • SMACS/EAR協(xié)議:SMACS協(xié)議主要用于靜止的節(jié)點(diǎn)之間連接的建立,而對(duì)于靜止節(jié)點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的通信,則需要通過EAR協(xié)議進(jìn)行管理。其基本思想是,為每一對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)特有頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,不同節(jié)點(diǎn)對(duì)間的頻率互補(bǔ)干擾,從而避免同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之間產(chǎn)生碰撞。
  • S-MAC協(xié)議:S-MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是減少能量消耗,提供良好的可擴(kuò)展性。
  • S-MAC減少能耗的技術(shù)措施:
  • 周期性偵聽和休眠
  • 消息分割和突發(fā)傳輸
  • 避免接收不必要消息
  • T-MAC協(xié)議:在保持周期偵聽長(zhǎng)度不變的情況下,根據(jù)通信流量動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)活動(dòng)時(shí)間,用突發(fā)方式發(fā)送消息,減少空閑偵聽時(shí)間。
  • PMAC協(xié)議的主要思想:用一串二進(jìn)制字符來代表某一節(jié)點(diǎn)所處的模式,節(jié)點(diǎn)把各自的模式信息通告給其相鄰節(jié)點(diǎn),根據(jù)收到的鄰居節(jié)點(diǎn)模式信息節(jié)點(diǎn)調(diào)整其睡眠與工作時(shí)間。
  • LPL協(xié)議的主要思想:使每個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)知道鄰居接收節(jié)點(diǎn)的具體抽樣調(diào)度,從而縮短Preamble的長(zhǎng)度。
  • LMAC協(xié)議:通過在時(shí)間上把信道分成許多時(shí)隙,形成一個(gè)固定長(zhǎng)度的幀結(jié)構(gòu)。一個(gè)時(shí)隙包含一個(gè)業(yè)務(wù)控制時(shí)段和固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)時(shí)段。
  • Z-MAC協(xié)議的主要特點(diǎn):節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的信道競(jìng)爭(zhēng)程度,自適應(yīng)地調(diào)整信道的接入方式,以CSMA作為基本的接入方式,而利用TDMA解決競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)高的情況下節(jié)點(diǎn)間對(duì)信道的競(jìng)爭(zhēng)。
  • 節(jié)能研究策略:隨著微電子機(jī)械技術(shù)的發(fā)展,低能、低成本、集成具有多信道或兩個(gè)不同頻率無線模塊的收發(fā)器已經(jīng)成為可能。合理地使用多個(gè)信道的資源,基于局部節(jié)點(diǎn)協(xié)作的方法,進(jìn)行信道的動(dòng)態(tài)分配,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能。
  • 跨層優(yōu)化設(shè)計(jì):WSN網(wǎng)絡(luò)由于受到節(jié)點(diǎn)的資源限制,分層的協(xié)議棧已不適應(yīng)能量、內(nèi)存等節(jié)點(diǎn)資源的有效利用。將MAC層、物理層以及網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)相結(jié)合,根據(jù)局部網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?#xff0c;采用綜合各層的設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)工作模式的有效控制,減少控制開銷,從而取得更好的網(wǎng)絡(luò)性能。
  • 應(yīng)用特點(diǎn)和業(yè)務(wù)模式:WSN應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性和特殊性,意味著MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)面臨著各種各樣與應(yīng)用相關(guān)的業(yè)務(wù)特性和需求,這些正是刺激MAC協(xié)議研究不斷發(fā)展的原動(dòng)力。隨著WSN研究的逐漸深入,不可能針對(duì)各種具體應(yīng)用一一進(jìn)行業(yè)務(wù)特性和需求的分析,有必要對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)特殊的應(yīng)用特點(diǎn)和業(yè)務(wù)模式進(jìn)行深入分析和總結(jié),抽象出通用的分析模型。
  • 能量有效性和其他性能指標(biāo)權(quán)衡:通常為解決作為研究核心的能量有效性問題,對(duì)WSN的MAC協(xié)議其他性能都進(jìn)行了一定折中。隨著各種具體應(yīng)用的發(fā)展,WSN的應(yīng)用需求不單是能量有效性的問題,還同時(shí)存在著對(duì)某個(gè)或某些指標(biāo)作特別優(yōu)化的需求。
  • 安全問題:由于WSN具有無線傳播、能量受限、分布式控制等特點(diǎn),使其更加容易受到被動(dòng)竊聽、主動(dòng)干擾、拒絕服務(wù)、剝奪休眠、偽造數(shù)據(jù)等各種形式的網(wǎng)絡(luò)攻擊,從而使安全問題成為WSN網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)重點(diǎn)。
  • 五 拓?fù)淇刂?/strong>

  • 拓?fù)淇刂频闹匾?#xff1a;
  • 拓?fù)淇刂剖且环N重要的節(jié)能技術(shù)
  • 拓?fù)淇刂票WC覆蓋質(zhì)量和連通質(zhì)量
  • 拓?fù)淇刂颇軌蚪档屯ㄐ鸥蓴_,提高M(jìn)AC協(xié)議和路由協(xié)議的效率,為數(shù)據(jù)融合提供拓?fù)浠A(chǔ)
  • 拓?fù)淇刂颇軌蛱岣呔W(wǎng)絡(luò)的可靠性、可擴(kuò)展性等其他性能
  • 拓?fù)淇刂频陌l(fā)展和研究方向:功率控制和睡眠調(diào)度。
  • 功率控制:為傳感器節(jié)點(diǎn)選擇合適的發(fā)射功率

    睡眠調(diào)度:控制傳感器節(jié)點(diǎn)在工作狀態(tài)和睡眠狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換

  • 靜態(tài)節(jié)點(diǎn)、不可控部署:靜態(tài)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地部署到給定的區(qū)域。這是大部分拓?fù)淇刂蒲芯克鞯募僭O(shè)。對(duì)稀疏網(wǎng)絡(luò)的功率控制和對(duì)密集網(wǎng)絡(luò)的睡眠調(diào)度室兩種主要的拓?fù)淇刂萍夹g(shù)。
  • 動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)、不可控部署:這樣的系統(tǒng)稱為移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。其挑戰(zhàn)是無論獨(dú)立自治的節(jié)點(diǎn)如何運(yùn)動(dòng),都要保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。功率控制是主要的拓?fù)淇刂萍夹g(shù)。
  • 靜態(tài)節(jié)點(diǎn)、可控部署:節(jié)點(diǎn)通過人或機(jī)器人部署到固定的位置。拓?fù)淇刂浦饕峭ㄟ^控制節(jié)點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)的,功率控制和睡眠調(diào)度雖然可以使用,但已經(jīng)是次要的了。
  • 動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)。可控部署:在這類網(wǎng)絡(luò)中,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠相互定位的。拓?fù)淇刂茩C(jī)制融入移動(dòng)和定位策略中。因?yàn)橐苿?dòng)是主要的能量消耗,所以節(jié)點(diǎn)間的能量高效通信不再是首要問題。因?yàn)橐苿?dòng)節(jié)點(diǎn)的部署不太可能是密集的,所以睡眠調(diào)度也不重要。
  • 拓?fù)淇刂埔紤]的設(shè)計(jì)目標(biāo)和相關(guān)概念:
  • 覆蓋:覆蓋可以看成是對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的度量。在覆蓋問題中,最重要的因素是網(wǎng)絡(luò)對(duì)物理世界的感知能力。
  • 連通:傳感器網(wǎng)絡(luò)一遍是大規(guī)模的,所以傳感器節(jié)點(diǎn)感知到的數(shù)據(jù)一般要以多跳的方式傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。
  • 網(wǎng)絡(luò)生命期:一般講網(wǎng)絡(luò)生命期定義為直到死亡節(jié)點(diǎn)的百分比低于某個(gè)閾值時(shí)的持續(xù)時(shí)間。
  • 吞吐能力:通過功率控制減小發(fā)射半徑和通過睡眠調(diào)度減小工作網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模,在節(jié)省能量的同時(shí),可以在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐能力。
  • 干擾和競(jìng)爭(zhēng):減小通信干擾、減少M(fèi)AC層的競(jìng)爭(zhēng)和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命期基本上是一致的。功率控制可以調(diào)節(jié)發(fā)射范圍,睡眠調(diào)度可以調(diào)節(jié)工作節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
  • 網(wǎng)絡(luò)延遲(功率控制和網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的關(guān)系):當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高時(shí),低發(fā)射功率會(huì)帶來較小的端到端延遲;而在低負(fù)載情況下,低發(fā)射功率會(huì)帶來較大的端到端延遲。
  • 拓?fù)湫再|(zhì):在設(shè)計(jì)拓?fù)淇刂品桨笗r(shí),往往退而追求良好的拓?fù)湫再|(zhì)。除連通性之外,對(duì)稱性、平面性、稀疏性、節(jié)點(diǎn)度的有界性、有限伸展性等,都是希望具有的拓?fù)湫再|(zhì)。
  • 功率控制型拓?fù)溲芯糠较?#xff1a;
  • 與路由協(xié)議結(jié)合的功率控制
  • 基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制
  • 基于方向的功率控制
  • 基于鄰近圖的功率控制
  • 基于鄰近圖的功率控制算法的基本思想:設(shè)所有節(jié)點(diǎn)都使用最大發(fā)射功率發(fā)射時(shí)形成的拓?fù)鋱D是G,按照一定的鄰居判別條件求出該圖的鄰近圖G’,每個(gè)節(jié)點(diǎn)以自己所鄰接的最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)來確定發(fā)射功率。
  • 睡眠調(diào)度型拓?fù)溲芯糠较?#xff1a;
  • 非層次型網(wǎng)絡(luò)的睡眠調(diào)度算法
  • 層次型網(wǎng)絡(luò)的睡眠調(diào)度算法
  • 單位圓圖UDG:假定網(wǎng)絡(luò)中N個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了二維平面中的節(jié)點(diǎn)集V,所有節(jié)點(diǎn)都以最大功率工作時(shí)所生產(chǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為單位圓圖。
  • 準(zhǔn)規(guī)則單位圓圖QUDG:假設(shè)V,R是兩個(gè)空間平面的節(jié)點(diǎn)集,且V?R,設(shè)參數(shù)d∈[0,1],則對(duì)稱的歐氏圖(V,E)被稱為以d為參數(shù)的準(zhǔn)規(guī)則單位圓圖。
  • Gabriel圖:在傳輸功率正比傳輸距離的平方時(shí),GG是最節(jié)能的拓?fù)淠P汀?/li>
  • 相關(guān)鄰近圖:RNG是有GG產(chǎn)生的,RNG稀疏程度和連通性均介于MST與GG之間,由于MST,且沖突干擾優(yōu)于GG,易于用分布式算法構(gòu)造。
  • 最小生成樹:MST是RNG的子圖,其特征是連通但不形成回路,任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以相互通信。每個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在樹上,鏈路總長(zhǎng)度最小。
  • 概率分析法:在節(jié)點(diǎn)按照某種概率密度分布的情況下,計(jì)算使拓?fù)錆M足某些性質(zhì)所需要的最小發(fā)射功率和最小鄰節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
  • 計(jì)算幾何法:以某些幾何結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以,滿足某些性質(zhì)。
  • 采用支配集的層次型網(wǎng)絡(luò):在網(wǎng)絡(luò)中選出一些虛擬骨干節(jié)點(diǎn)組成虛擬骨干網(wǎng),這些節(jié)點(diǎn)又稱做支配集。
  • 基于引導(dǎo)信號(hào)的功率控制:在建立初始的分簇結(jié)構(gòu)之后,簇首在引導(dǎo)信號(hào)和數(shù)據(jù)通信中使用功率控制。如果基于這些引導(dǎo)信號(hào),所有節(jié)點(diǎn)都加入了同一個(gè)簇,那么就可以使用引導(dǎo)信號(hào)功率控制來控制簇的成員。
  • Adhoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)算法:Ad?hoc算法允許簇首通過功率控制來控制簇的大小,并且導(dǎo)出了一些具體的規(guī)則以盡可能延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期。
  • CLUSTERPOW的基本思想:簡(jiǎn)單的假設(shè)一組離散的發(fā)射功率值,在每個(gè)功率值處,簇都是獨(dú)立形成的,而且對(duì)于每個(gè)功率值都有單獨(dú)的路由表。如果用最小功率就能保證到達(dá)目的節(jié)點(diǎn),那么就發(fā)送數(shù)據(jù),一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入了包含節(jié)目的節(jié)點(diǎn)的最小功率簇后,功率值就會(huì)被降低。
  • 六 WSN定位技術(shù)

  • 節(jié)點(diǎn)定位是WSN的關(guān)鍵技術(shù)之一。
  • WSN定位的基本概念:對(duì)于一組未知位置坐標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),依靠有限的位置已知的錨節(jié)點(diǎn),通過測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)至其余節(jié)點(diǎn)的距離或跳數(shù),或者通過估計(jì)節(jié)點(diǎn)可能處于的區(qū)域范圍,結(jié)合節(jié)點(diǎn)間交換的信息和錨節(jié)點(diǎn)的已知位置,來確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置。
  • WSN定位評(píng)價(jià)指標(biāo):
  • 定位精度
  • 規(guī)模
  • 錨節(jié)點(diǎn)密度
  • 節(jié)點(diǎn)密度
  • 容錯(cuò)性和自適應(yīng)性
  • 功耗
  • 代價(jià)
  • WSN定位基本術(shù)語:
  • 鄰居節(jié)點(diǎn):傳感器節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)的所有其他節(jié)點(diǎn),也就是說,在一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi),可以與其直接通信的所有其他點(diǎn)。
  • 跳數(shù):兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間間隔的跳段總數(shù)。
  • 跳段距離:兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間隔的各跳段距離之和。
  • 接收信號(hào)強(qiáng)度指示:節(jié)點(diǎn)接收到無線信號(hào)的強(qiáng)度大小。
  • 到達(dá)時(shí)間:信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間。
  • 到達(dá)時(shí)間差:兩種具有不同傳播速度的信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間之差。
  • 達(dá)到角度:節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對(duì)于自身軸線的角度。
  • 視線關(guān)系:兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間沒有障礙物間隔,能夠直接通信。
  • 非視線關(guān)系:兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在障礙物。
  • 基礎(chǔ)設(shè)施:協(xié)助傳感器節(jié)點(diǎn)定位的已知自身位置的固定設(shè)備。
  • 測(cè)距類和非測(cè)距類:
  • 測(cè)距類:利用測(cè)量得到的距離或角度信息來進(jìn)行位置計(jì)算。
  • 非測(cè)距類:利用節(jié)點(diǎn)的連通性和多跳路由信息交換等方法來估計(jì)節(jié)點(diǎn)間的距離或角度,并完成位置估計(jì)。
  • 基于錨節(jié)點(diǎn)和非基于錨節(jié)點(diǎn):
  • 基于錨節(jié)點(diǎn):各節(jié)點(diǎn)在定位過程結(jié)束后可以獲得相對(duì)于某個(gè)全局坐標(biāo)系的坐標(biāo)。
  • 非基于錨節(jié)點(diǎn):只能產(chǎn)生相對(duì)坐標(biāo),在需要和某全局坐標(biāo)系保持一致的時(shí)候可以通過引入少數(shù)幾個(gè)錨節(jié)點(diǎn)和進(jìn)行坐標(biāo)變換的方式來完成。
  • 遞增式和并發(fā)式:
  • 遞增式:通常是從3-4個(gè)節(jié)點(diǎn)開始,然后根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)與已經(jīng)完成定位的節(jié)點(diǎn)之間的距離或角度等信息采用簡(jiǎn)單的三角法或局部最優(yōu)策略逐步對(duì)未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位置估計(jì)。
  • 并發(fā)式:節(jié)點(diǎn)以并行的方式同時(shí)開始計(jì)算位置。
  • 集中式計(jì)算和分布式計(jì)算
  • 集中式計(jì)算:把所需信息傳送到某個(gè)中心節(jié)點(diǎn),并在那里進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位計(jì)算。
  • 分布式計(jì)算:依賴節(jié)點(diǎn)間的信息交換和協(xié)調(diào),由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位計(jì)算。
  • 絕對(duì)定位和相對(duì)定位
  • 絕對(duì)定位:定位結(jié)果是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)位置,如經(jīng)緯度。
  • 相對(duì)定位:以網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)為參考,建立整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)。
  • 到達(dá)角法?AOA:通過配備天線陣列或多個(gè)接收器來估測(cè)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)射的無線信號(hào)的到達(dá)角度。
  • ?接收信號(hào)強(qiáng)度指示法 RSSI:接收機(jī)通過測(cè)量射頻信號(hào)的能量來確定與發(fā)送機(jī)的距離。
  • 不足:遮蓋或折射會(huì)引起接收端產(chǎn)生嚴(yán)重的測(cè)量誤差,因此精度較低。

  • 到達(dá)時(shí)間法 TOA:通過測(cè)量信號(hào)的傳輸時(shí)間來估算兩節(jié)點(diǎn)之間的距離,精度較高。
  • 缺點(diǎn):無線信號(hào)的傳輸速度快,時(shí)間測(cè)量上的很小誤差可導(dǎo)致很大的距離誤差值,另外要求傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力較強(qiáng)。

  • 到達(dá)時(shí)間法的兩種測(cè)量方法:
  • 一種用來測(cè)量信號(hào)傳輸時(shí)間的方法是測(cè)量信號(hào)單向傳播時(shí)間。這種方法測(cè)量發(fā)送并到達(dá)接收方的絕對(duì)時(shí)間差,發(fā)送方和接收方的本地時(shí)間需精確同步。
  • 一種是測(cè)量信號(hào)往返時(shí)間差,接收節(jié)點(diǎn)在收到信號(hào)后直接發(fā)回,發(fā)送節(jié)點(diǎn)測(cè)量收發(fā)的時(shí)間差,由于僅使用發(fā)送節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘,因此避免節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步的要求。
  • 達(dá)到時(shí)間差發(fā):測(cè)量不同的接收節(jié)點(diǎn)接收到同一個(gè)發(fā)射信號(hào)的時(shí)間差。
  • 極大似然估計(jì)法:
  • Active?Badge定位系統(tǒng):最早為大樓內(nèi)定位而設(shè)計(jì)的便攜式定位系統(tǒng),采用紅外光。
  • Active Office:采用超聲波定位。
  • SPA相對(duì)定位:選擇網(wǎng)絡(luò)中密度最大處的一組節(jié)點(diǎn)作為建立網(wǎng)絡(luò)全局坐標(biāo)系統(tǒng)的參考點(diǎn),并在其中選擇連通度最大的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)。首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的測(cè)距結(jié)果對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)建立局部坐標(biāo)系統(tǒng),通過節(jié)點(diǎn)間的信息交換與相互協(xié)調(diào),以參考點(diǎn)為基準(zhǔn)通過坐標(biāo)變換建立全局坐標(biāo)系統(tǒng)。
  • APIT 近似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試法:APIT算法是一種適用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式無需測(cè)距的定位算法,利用了電磁波強(qiáng)度大小與距離的相對(duì)關(guān)系,相比其他無需測(cè)距定位算法有著定位精度高、對(duì)節(jié)點(diǎn)密度要求低、通信量小等優(yōu)點(diǎn),且適用于電磁波不規(guī)則模型。
  • DV-Hop定位算法步驟:首先使用典型的距離矢量交換協(xié)議,使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)獲得錨節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)。第二階段,在獲得其他錨節(jié)點(diǎn)位置和彼此的相隔跳距之后,錨節(jié)點(diǎn)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)平均每跳距離,然后將其作為一個(gè)校正值廣播至網(wǎng)絡(luò)中。
  • 缺點(diǎn):僅在各向同性的密集網(wǎng)絡(luò)中,利用校正值才能合理地估算平均每跳距離。

  • DV-Distance定位算法:相鄰節(jié)點(diǎn)使用RSSI測(cè)量節(jié)點(diǎn)間點(diǎn)到點(diǎn)距離,然后利用類似于距離矢量路由的方法傳播與錨節(jié)點(diǎn)的累計(jì)距離。
  • 定位算法設(shè)計(jì)的注意問題:
  • 未知節(jié)點(diǎn)必須與錨節(jié)點(diǎn)直接相鄰,錨節(jié)點(diǎn)密度過高。
  • 定位精度依賴于網(wǎng)絡(luò)部署條件。
  • 沒有對(duì)距離/角度測(cè)量誤差采取抑制措施,造成誤差傳播和誤差累積,定位精度依賴于距離/角度測(cè)量的精度。
  • 依靠循環(huán)求精過程抑制測(cè)距誤差和提高定位精度。雖然循環(huán)求精過程可以明顯地減小測(cè)距誤差的影響,但不僅產(chǎn)生了大量的通信和計(jì)算開銷,而且因無法預(yù)估循環(huán)的次數(shù)而增加了算法的不確定性。
  • 算法收斂速度較慢。
  • ?時(shí)間同步

  • 時(shí)間同步的意義和作用:不同的節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)間,由于不同節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器頻率存在偏差,以及受溫度變化和電磁波干擾等影響,即使在某個(gè)時(shí)刻所有的節(jié)點(diǎn)都達(dá)到時(shí)間同步,它們的工作時(shí)間也會(huì)逐漸出現(xiàn)偏差,因此為了讓W(xué)SN能協(xié)調(diào)地工作,必須進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步。
  • 算法設(shè)計(jì)的影響因素:
  • 傳感器節(jié)點(diǎn)需要彼此并行操作和協(xié)作去完成復(fù)雜的傳感任務(wù)。
  • 許多節(jié)能方案是利用時(shí)間同步來實(shí)現(xiàn)的。
  • 消息傳遞過程分解:
  • Send time:發(fā)送節(jié)點(diǎn)構(gòu)造一條消息所需要的時(shí)間,包括內(nèi)核協(xié)議處理和緩沖時(shí)間等,它取決于系統(tǒng)調(diào)用開銷和處理器當(dāng)前負(fù)載。
  • Access Time:消息等待傳輸信道空閑所需時(shí)間,即從等待信道空閑到消息發(fā)送開始時(shí)的延遲,它取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前負(fù)載情況。
  • Transmission Time:發(fā)送節(jié)點(diǎn)按位發(fā)送消息所需時(shí)間,該時(shí)間取決于消息長(zhǎng)度和發(fā)送速率。
  • Propagation Time:消息在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸介質(zhì)中的傳播時(shí)間,該時(shí)間主要取決于節(jié)點(diǎn)間的距離。
  • Reception Time:接收節(jié)點(diǎn)按位接收消息并傳遞給MAC層所需的時(shí)間,這個(gè)過程和3相對(duì)應(yīng)。
  • Receive Time:接收節(jié)點(diǎn)重新組裝消息并傳遞給上層應(yīng)用所需的時(shí)間。
  • 算法的性能指標(biāo):
  • 能量效率
  • 可擴(kuò)展性
  • 精確度
  • 健壯性
  • 壽命
  • 有效范圍
  • 成本和尺寸
  • 直接性
  • RBS時(shí)間同步算法的原理和優(yōu)缺點(diǎn):
  • 原理:利用無線鏈路層廣播信道特點(diǎn),一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播消息,在同一個(gè)廣播域的其他節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收廣播消息,并記錄該點(diǎn)的時(shí)間戳。之后接收節(jié)點(diǎn)通過消息交換它們的時(shí)間戳,通過比較和計(jì)算達(dá)到時(shí)間同步。

    優(yōu)缺點(diǎn):精度高,能廣泛應(yīng)用于商用硬件設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中已有的軟件,不需要訪問操作系統(tǒng)的底層。缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)間必須交換含有時(shí)間信息的附加消息,復(fù)雜度高。

  • TPSN算法:該算法分兩步:分級(jí)和同步。
  • 分級(jí):目的是建立分級(jí)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),每個(gè)節(jié)點(diǎn)有個(gè)級(jí)別。只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)定為零級(jí),叫做根節(jié)點(diǎn)。

    同步:i級(jí)節(jié)點(diǎn)與i-1級(jí)節(jié)點(diǎn)同步,最后所有的節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)同步,從而達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。

  • Tiny-Sync算法:該算法假設(shè)每個(gè)時(shí)鐘能夠與固定頻率的振蕩器近似,采用傳統(tǒng)的雙向消息設(shè)計(jì)來估計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘間的相對(duì)漂移和相對(duì)偏移。
  • LTS算法:該算法的目的是減小時(shí)間同步的復(fù)雜度,分為兩種算法:集中式算法和多跳LTS算法。
  • DMTS算法:在多跳網(wǎng)絡(luò)中采用了層次型的分級(jí)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的時(shí)間同步,它避免了冗余分組的傳輸,只接收級(jí)別比自己低的節(jié)點(diǎn)廣播的分組。該協(xié)議能更好地支持與外部時(shí)間源及多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同步,是一種基于廣播時(shí)間的時(shí)間同步機(jī)制。
  • FTSP算法:FTSP算法的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步并將誤差控制在微秒級(jí),它考慮了根節(jié)點(diǎn)的選擇,根節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的失效所造成的拓?fù)渥兓约皩?duì)冗余信息的處理等方面的問題,同時(shí)它采用了線性回歸算法可以提高同步精度,比較適合用于軍事場(chǎng)合。
  • 后同步思想:通常情況下節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行時(shí)間同步,只有檢測(cè)到一個(gè)感興趣的事件發(fā)生后,節(jié)點(diǎn)才進(jìn)行時(shí)間同步。
  • 八 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

  • IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)(LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)):IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)是指在一個(gè)POS內(nèi)使用相同無線信道并通過IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)相互通信的一組設(shè)備的集合。
  • IEEE 802.15.4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):星型網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。
  • IEEE 802.15.4 拓?fù)湫纬蛇^程:
  • 星型網(wǎng)絡(luò):星型網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為中心,所有設(shè)備只能與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信,因此在星型網(wǎng)絡(luò)的形成過程中,第一步就是建立網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
  • 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò):任意兩個(gè)設(shè)備只要能夠彼此收到對(duì)方的無線信號(hào),就可以進(jìn)行直接通信,不需要其他設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)。
  • IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn):主要用于無法布線或移動(dòng)環(huán)境中計(jì)算機(jī)的無線接入。
  • IEEE802.15.1標(biāo)準(zhǔn):IEEE802.15.1是一種藍(lán)牙通信標(biāo)準(zhǔn),主要應(yīng)用于無線個(gè)域網(wǎng),具有近距離通信、低能耗、低成本的特點(diǎn)。
  • IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn):IEEE802.15.4是用于低速無線個(gè)域網(wǎng)LR-WPAN的物理層和媒體訪問控制層的規(guī)范,是ZigBee、Wireless HART及MiWi規(guī)范的基礎(chǔ)。旨在為無線個(gè)域網(wǎng)中的通信設(shè)備提供一種基本的底層網(wǎng)絡(luò),支持兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?#xff0c;即單跳星狀和當(dāng)通信線路距離超過10m時(shí)的多跳對(duì)等拓?fù)洹?/li>
  • IEEE?802.15.4a中采用的關(guān)鍵技術(shù)(調(diào)制方式):
  • 多維度多存取技術(shù)
  • 正弦脈波和Chirp脈波
  • 調(diào)制技術(shù)對(duì)MDMA的作用
  • Chirp擴(kuò)頻技術(shù)
  • IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧基于開放系統(tǒng)互聯(lián)模型。
  • MAC子層包括特定服務(wù)的聚合子層、鏈路控制子層等。
  • 物理層:物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口,提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù),物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。
  • 物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下5個(gè)方面的功能:
  • 激活和休眠射頻收發(fā)器
  • 信道能量檢測(cè)
  • 檢測(cè)和接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示
  • 空閑信道評(píng)估
  • 收發(fā)數(shù)據(jù)
  • OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層分為MAC和LLC兩個(gè)子層。
  • MAC子層使用物理層提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀傳輸。
  • LLC子層在MAC子層的基礎(chǔ)上,在設(shè)備間提供面向連接和非連接的服務(wù)。
  • MAC子層提供兩種服務(wù):
  • MAC層數(shù)據(jù)服務(wù):保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā);
  • MAC層管理服務(wù):維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫(kù);
  • MAC子層的主要功能:
  • 協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀,普通設(shè)備根據(jù)協(xié)調(diào)器的信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步;
  • 支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作;
  • 支持無線信道通信安全;
  • 使用CSMA-CA機(jī)制訪問通道;
  • 支持時(shí)槽保障機(jī)制;
  • 支持不同設(shè)備的MAC層間可靠傳輸;
  • PAN?網(wǎng)絡(luò)解調(diào)器:除了直接參與應(yīng)用以外,還要完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)。
  • ZigBee標(biāo)準(zhǔn)概要:ZigBee協(xié)議基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn),其目的是為了適用于低功耗,無線連接的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。ZigBee的應(yīng)用定位是低速率、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、低功耗和低成本應(yīng)用。
  • ZigBee技術(shù)優(yōu)勢(shì):
  • 數(shù)據(jù)傳輸率低
  • 功耗低
  • 成本低
  • 網(wǎng)絡(luò)容量大
  • 時(shí)延短
  • 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng),通信可靠
  • 數(shù)據(jù)安全
  • 工作頻段靈活
  • ZigBee消息格式和幀格式:
  • 消息格式:一個(gè)ZigBee消息格式由127個(gè)字節(jié)組成,主要包括:MAC報(bào)頭、NWK報(bào)頭、APS報(bào)頭、APS有效載荷;
  • 幀格式:zigbee定義了兩種幀格式:KVP關(guān)鍵值對(duì)、MSG消息幀;
  • Zigbee的兩類地址:64位的IEEE?MAC地址、16位的網(wǎng)絡(luò)地址。
  • ZigBee尋址方式:單播和廣播。
  • ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?#xff1a;星形、樹狀、網(wǎng)狀。
  • 星形:每個(gè)End?Device節(jié)點(diǎn)只能和Co-ordinator節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。兩個(gè)End?Device節(jié)點(diǎn)之間通信必須通過Co-ordinator節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)發(fā)。
  • 缺點(diǎn):節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一的一條路徑。

  • 樹形通信規(guī)則:
  • 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能和它的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間通信;
  • 如果需要從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù),那么信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的祖先節(jié)點(diǎn)然后再向下傳遞到目標(biāo)亮點(diǎn);
  • 缺點(diǎn):信息只有唯一的路由通道,另外信息的路由是由協(xié)議棧層處理的,整個(gè)路由過程對(duì)于應(yīng)用層是完全透明的。

  • 網(wǎng)狀:Mesh拓?fù)浒粋€(gè)Co-ordinator和一系列的Router和End?Device。
  • 九 ZigBee硬件平臺(tái)

  • CC2430/CC2431是一顆真正的片上系統(tǒng)CMOS解決方案。
  • CC2430/CC2431的區(qū)別在于:CC2431有定位跟蹤引擎,CC2430無定位跟蹤引擎。
  • CC2430/CC2431的主要特點(diǎn)如下:
  • 高性能、低功耗的8051微控制器內(nèi)核;
  • 適應(yīng)2.4Ghz?IEEE?802.15.4的RF收發(fā)器;
  • 極高的接收靈敏度和抗干擾能力;
  • 32/64/128KB閃存;
  • 8KB?SRAM,具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力;
  • 強(qiáng)大的DMA功能;
  • 只需要極少的外接元件;
  • 只需要一個(gè)晶體,即可滿足組網(wǎng)需要;電流消耗小;
  • 掉電方式下,電流只有0.9uA,外部中斷或者實(shí)時(shí)控制器能喚醒系統(tǒng);
  • 掛起方式下,電流消耗小魚0.6uA,外部中斷能喚醒系統(tǒng);
  • 硬件支持避免沖突的載波偵聽多路存取;
  • 電源電壓范圍寬2V~3.6V;
  • 支持?jǐn)?shù)字化的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器/鏈路質(zhì)量指示器;
  • 電池監(jiān)視器和溫度傳感器;
  • 具有8路輸入的8~14位ADC;
  • 高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)協(xié)處理器;
  • 兩個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的USART;
  • 看門狗;
  • 一個(gè)IEEE?802.5.4媒體存取控制定時(shí)器;
  • 一個(gè)通用的16位和兩個(gè)8位定時(shí)器;
  • 支持硬件調(diào)試;
  • 21個(gè)通用I/O引腳,其中兩個(gè)具有20mA的電流吸收和電流供給能力;
  • 提供強(qiáng)大、靈活的開發(fā)工具;
  • 小尺寸QLP48封裝,為7*7mm;
  • 芯片功能結(jié)構(gòu):IO端口線引腳功能、電源線引腳功能、控制線引腳功能。
  • CC2430/CC2431包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器內(nèi)核,運(yùn)行時(shí)鐘為32Mhz。
  • 8051 CPU由4個(gè)不同的存儲(chǔ)空間:
  • 代碼CODE:16位只讀存儲(chǔ)空間,用于程序存儲(chǔ);
  • 數(shù)據(jù)DATA:8位可存取存儲(chǔ)空間,可以直接或間接被單個(gè)的CPU指令訪問。
  • 外部數(shù)據(jù)XDATA:16位可存取存儲(chǔ)空間,通常需要4~5個(gè)CPU指令周期來訪問。
  • 特殊功能寄存器SFR:7位可存取寄存器存儲(chǔ)空間,可以被單個(gè)CPU指令訪問。
  • 特殊功能寄存器:R0~R7、程序狀態(tài)字PSW、累加器A、寄存器B、堆棧指針SP。
  • 程序狀態(tài)字PSW:程序狀態(tài)字顯示CPU的運(yùn)行狀態(tài),可以理解成為一個(gè)可位尋址的功能寄存器。程序狀態(tài)字包括進(jìn)位標(biāo)志、輔助進(jìn)位標(biāo)志、寄存器組選擇、溢出標(biāo)志、奇偶標(biāo)志等。
  • 累加器A:主要用于數(shù)據(jù)累加以及數(shù)據(jù)移動(dòng)。
  • 寄存器B:主要功能是配合累加器A進(jìn)行乘法或除法運(yùn)算。
  • 堆棧指針SP:在RAM中開辟某個(gè)區(qū)域用于重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),但這個(gè)區(qū)域中的數(shù)據(jù)存取方式必須遵循從先進(jìn)先出,或稱后進(jìn)先出的原則,不能隨意存取。這塊存儲(chǔ)區(qū)稱作堆棧。
  • DMA控制器:用來減輕8051CPU內(nèi)核傳送數(shù)據(jù)時(shí)的負(fù)擔(dān),實(shí)現(xiàn)CC2430能夠高效利用電源。
  • CC2430/CC2431無線部分主要參數(shù):
  • 工作頻帶范圍:2.4~2.4835GHz;
  • 采用IEEE?802.15.4規(guī)范要求的直接序列擴(kuò)頻方式;
  • 數(shù)據(jù)速率達(dá)250Kps,碎片速率達(dá)2Mchip/s;
  • 采用O-QPSK調(diào)制方式;
  • 高接收靈敏度;
  • 抗鄰頻道干擾能力強(qiáng);
  • 內(nèi)部集成有VCO,LNA,PA以及電源穩(wěn)壓器;
  • 采用低電壓供電;
  • 輸出功率編程可控;
  • IEEE?802.15.4 MAC硬件可支持自動(dòng)幀格式生產(chǎn)、同步插入與檢測(cè)、10bit的CRC校驗(yàn)、電源檢測(cè)、完全自動(dòng)化MAC層保護(hù);
  • ZigBee物理層清除信道評(píng)估CCA的三種方法:超出閾值的能量、載波判斷、帶有超出閾值能量的載波判斷。
  • 直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn)
  • 抗干擾性強(qiáng)
  • 隱蔽性好
  • 易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
  • 抗多徑干擾
  • 直擴(kuò)通信速率高
  • 直接序列擴(kuò)頻與窄帶相比的優(yōu)點(diǎn)
  • 低功率頻譜密度;
  • 對(duì)其他系統(tǒng)沒有干擾或干擾很小;
  • 在所有情況下,都使用整個(gè)頻譜;
  • 隨機(jī)碼難以識(shí)別,保護(hù)用戶隱私;
  • 應(yīng)用擴(kuò)頻技術(shù),降低多徑干擾;
  • 解決同區(qū)使用的問題;
  • CSMA/CA算法是用于節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的信道爭(zhēng)用機(jī)制,此算法中有三個(gè)重要的參數(shù),有每個(gè)要傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備去維護(hù):NB、CW和BE。
  • 十 NesC語言

  • nesC的最大的特點(diǎn):支持組件化編程模型,將組件化、模塊化的思想和事件驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行模型結(jié)合起來。
  • nesC語言的設(shè)計(jì)目的:把組件化/模塊化思想和基于事件驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行模型結(jié)合起來,并利用該語言對(duì)TinyOS進(jìn)行了重新編寫。
  • nesC語言組成:組件、接口和連接。
  • 組件:nesC程序的基本單元。一個(gè)組件包括定義和實(shí)現(xiàn)兩部分。組件分模塊和配件兩種。
  • 模塊:主要用C語言實(shí)現(xiàn)的組件規(guī)范,它是組件的功能實(shí)體,主要包括命令、事件、任務(wù)等具體實(shí)現(xiàn)。

    配件:通過接口將不同組件連接起來,成為邏輯和功能的統(tǒng)一體。主要功能是用于組件的功能和相互間連接形式的描述。

  • 接口:接口由組件提供和被組件使用的,具有雙向性,它們是描述提供者組件與使用者組件之間的一個(gè)多功能交互渠道。
  • 作用:進(jìn)行功能描述。

  • 連接:連接用來把定義的元素聯(lián)系在一起,以完成相互之間的調(diào)用。
  • nesC語言基本特點(diǎn):
  • nesC是C語言的一個(gè)擴(kuò)展
  • 整體程序分析
  • 程序的結(jié)構(gòu)機(jī)制和組合機(jī)制分離
  • 通過一組接口說明組件行為
  • 接口雙向性
  • 組件通過接口彼此靜態(tài)地相連
  • 設(shè)計(jì)nesC時(shí),期待由“整體程序”編譯器產(chǎn)生代碼
  • nesC的并發(fā)控制模型是基于任務(wù)和中斷處理程序的
  • 安裝插件程序的步驟:
  • 確認(rèn)TinyOS系統(tǒng)和Eclipse已經(jīng)安裝好,可以同時(shí)運(yùn)行;
  • 下載TinyOS插件TinyOS?Eclipcs?Pulg?vinversion?0.0.6;
  • 將壓縮包文件解壓后放在Eclipse的插件目錄plugins中;
  • 將TingOS的解析外殼bash放到windows系統(tǒng)環(huán)境中;
  • 啟動(dòng)Eclipse,即可在IDE中進(jìn)行nesC程序開發(fā);
  • 十一?TinyOS操作系統(tǒng)

  • TinyOS是依托美國(guó)國(guó)防部的“智能微塵”項(xiàng)目,于2002年開發(fā)的開源的構(gòu)建化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
  • TinyOS是一個(gè)單線程、事件驅(qū)動(dòng)的操作系統(tǒng),其調(diào)度系統(tǒng)器按照不可搶占式的FIFO的調(diào)度策略運(yùn)行。
  • TinyOS的特點(diǎn):
  • 模塊化設(shè)計(jì),核心尺寸小;
  • 組件化編程
  • 事件驅(qū)動(dòng)模式
  • 任務(wù)和事件并發(fā)模式
  • 分段執(zhí)行
  • 主動(dòng)消息
  • 基于可重用組件的體系結(jié)構(gòu),具有單一任務(wù)棧,內(nèi)核非常簡(jiǎn)單
  • TinyOS由一個(gè)調(diào)度器和一些組件組成。
  • 組件由下到上可分為硬件抽象組件、綜合硬件組件和高層軟件組件。
  • TinyOS中輕量線程實(shí)現(xiàn)
  • 輕量線程在TinyOS以任務(wù)方式體現(xiàn),系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)不斷地從任務(wù)隊(duì)列中提取任務(wù),完成任務(wù)后再提取下一任務(wù),直到任務(wù)隊(duì)列中沒有任務(wù)。如果沒有任務(wù),系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。

    TinyOS中輕量線程的實(shí)現(xiàn):任務(wù)隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、TinyOS中任務(wù)調(diào)度機(jī)制。

  • 主動(dòng)消息機(jī)制:
  • 主動(dòng)消息模式:面向消息通信是早期應(yīng)用在并行計(jì)算中的高性能通信模式,主動(dòng)消息模式是其中一種模式。每個(gè)消息由一個(gè)應(yīng)用層的句柄進(jìn)行維護(hù),當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到消息后,會(huì)將消息中的數(shù)據(jù)作為參數(shù),傳遞給應(yīng)用層的相應(yīng)句柄進(jìn)行處理。
  • 非阻塞方式:當(dāng)主動(dòng)消息到達(dá)時(shí),AM組件會(huì)將該事件分派給所有帶有相關(guān)消息處理程序的組件。每個(gè)組件通常會(huì)主存一個(gè)或多個(gè)消息處理程序,消息處理程序的輸入是由AM組件提供的運(yùn)行時(shí)消息緩沖區(qū)的一個(gè)引用。
  • 硬件抽象層:將底層與硬件相關(guān)的部分單獨(dú)設(shè)計(jì)成硬件抽象層的思想。
  • 優(yōu)點(diǎn):提高了程序的可移植性和簡(jiǎn)化程序開發(fā),隱藏特定平臺(tái)的硬件接口實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),為操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的虛擬硬件平臺(tái)接口,使其具有硬件無關(guān)性,可在多種平臺(tái)上進(jìn)行移植。

  • TinyOS的并發(fā)模型:TinyOS的并行處理是通過任務(wù)和中斷處理事件來體現(xiàn)的。TinyOS采用分級(jí)調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)不同級(jí)別事件的處理:對(duì)于不緊迫的事件采用任務(wù)方式,通過排隊(duì)進(jìn)行處理,任務(wù)執(zhí)行具有原子性;對(duì)于緊急的事件采用中斷處理事件,由于中斷處理程序具有競(jìng)爭(zhēng)性和優(yōu)先級(jí),中斷處理程序則可以中斷任務(wù)執(zhí)行,依據(jù)中斷級(jí)別判斷當(dāng)前發(fā)生的中斷是否可以終止正在處理的中斷處理程序,因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)事件做出快速響應(yīng)。
  • TinyOS的組件通常可分為三種類型:
  • 硬件抽象組件:將物理硬件映射到TinyOS組件模型。
  • 合成組件:將數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位與上層組件交互,以位為單位與下面的RFM模塊交互。
  • 高層次軟件組件:完成控制、路由以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/li>
  • TinyOS的系統(tǒng)模型:
  • 應(yīng)用相關(guān)層:負(fù)責(zé)提供給用戶一些基本的應(yīng)用邏輯構(gòu)件,即應(yīng)用案例構(gòu)件庫(kù)。
  • 系統(tǒng)相關(guān)層:是TinyOS的主體部分,負(fù)責(zé)提供給應(yīng)用開發(fā)所需的系統(tǒng)構(gòu)件和無線傳感器節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行的構(gòu)件。具體包括:硬件抽象層構(gòu)件、消息管理構(gòu)件庫(kù)、狀態(tài)機(jī)構(gòu)件庫(kù)、內(nèi)存管理構(gòu)件庫(kù)、任務(wù)調(diào)度構(gòu)件庫(kù)、時(shí)鐘構(gòu)件庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議構(gòu)件庫(kù)。
  • 硬件平臺(tái)的相關(guān)層:是TinyOS的HAL以下的構(gòu)件庫(kù),劃分的目的是為了使開發(fā)的系統(tǒng)具有可移植性。具體包括:硬件平臺(tái)配置構(gòu)件庫(kù)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件庫(kù)、芯片構(gòu)件庫(kù)、電源管理構(gòu)件庫(kù)。
  • 采用主動(dòng)消息機(jī)制的主要目的:使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和通信重疊,讓軟件層的通信原語與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件能力匹配,充分節(jié)省無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的有限存儲(chǔ)空間。
  • 主動(dòng)消息的三個(gè)最基本的通信機(jī)制:帶確認(rèn)信息的消息傳遞,有明確的消息地址,消息分發(fā)。
  • 主動(dòng)通信的緩存管理機(jī)制:每個(gè)應(yīng)用程序在消息被釋放后,能夠返回一塊未用的消息緩存,用于接收下一個(gè)即將到來的消息。
  • 主動(dòng)消息的顯示確認(rèn)消息機(jī)制:每次消息發(fā)送后,接收方都會(huì)發(fā)送一個(gè)同步的確認(rèn)消息。在TinyOS主動(dòng)消息層的最底層生產(chǎn)消息確認(rèn)包,這樣比在應(yīng)用層生產(chǎn)確認(rèn)消息包省開銷,反饋時(shí)間短。
  • Active?Message的基本思想:讓消息本身帶有消息處理程序的地址和參數(shù),消息到達(dá)目的地的節(jié)點(diǎn)后系統(tǒng)立即產(chǎn)生中斷調(diào)用,并由中斷處理機(jī)制啟動(dòng)消息處理程序。
  • 基于Active?Message的TinyOS通信類型:
  • Beacon消息:該消息起源于槽節(jié)點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)通過接收此消息建立從自己到槽節(jié)點(diǎn)的路由。
  • Report消息:各節(jié)點(diǎn)通過此消息把采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至槽節(jié)點(diǎn)。
  • Hello消息:用于各相鄰節(jié)點(diǎn)之間交換信息。
  • 事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制:事件直接或間接的由硬件中斷產(chǎn)生,TinyOS接收到事件后,立即執(zhí)行此事件對(duì)應(yīng)的事件處理函數(shù)。
  • 事件驅(qū)動(dòng)分硬件事件驅(qū)動(dòng)和軟件事件驅(qū)動(dòng)。
  • TinyOS的調(diào)度策略:高優(yōu)先級(jí)的硬件事件句柄以及使用FIFO調(diào)度的低優(yōu)先級(jí)的輕量級(jí)線程。任務(wù)之間不允許互相搶占;而硬件事件句柄,即中斷處理線程可以搶占用戶的任務(wù)和低優(yōu)先級(jí)的中斷處理線程,保證硬件中斷快速響應(yīng)。
  • TinyOS的并發(fā)模塊:由任務(wù)和硬件事件句柄構(gòu)成,采用任務(wù)和事件驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的兩級(jí)并發(fā)模型。
  • TinyOS的任務(wù)調(diào)度:采用先進(jìn)先出的簡(jiǎn)單的策略,任務(wù)之間不允許互相搶占。
  • TinyOS的中斷處理程序具有比所有任務(wù)更高的優(yōu)先級(jí)。
  • TinyOS的任務(wù)隊(duì)列:TinyOS具有一個(gè)長(zhǎng)度為8個(gè)單元的環(huán)形任務(wù)隊(duì)列,每個(gè)單元用于存儲(chǔ)任務(wù)函數(shù)入口地址,兩個(gè)指針FULL和FREE分別指向最早進(jìn)入隊(duì)列的任務(wù)單元和第一個(gè)為空的單元。
  • TinyOS調(diào)度模型的特點(diǎn):
  • 任務(wù)單線程運(yùn)行到結(jié)束,任務(wù)之間不能相互切換,只分配單個(gè)任務(wù)棧,這對(duì)內(nèi)存受限的系統(tǒng)很有利,這樣主要是為了適應(yīng)內(nèi)存資源十分有限的WSN節(jié)點(diǎn)。
  • 沒有進(jìn)程管理的概念,對(duì)任務(wù)按簡(jiǎn)單的FIFO隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度。對(duì)資源采取預(yù)先分配,且目前這個(gè)隊(duì)列里最多只能有7個(gè)待運(yùn)行的任務(wù)。
  • TinyOS的調(diào)度策略是功耗敏感的,當(dāng)任務(wù)隊(duì)列為空時(shí),則使處理器進(jìn)入睡眠模式,保留外圍設(shè)備運(yùn)行,當(dāng)外圍設(shè)備發(fā)生中斷,也即是產(chǎn)生了一個(gè)事件時(shí),系統(tǒng)將被喚醒,對(duì)事件進(jìn)行處理。
  • 兩級(jí)的調(diào)度結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)有線執(zhí)行少量與事件相關(guān)的處理,同時(shí)打斷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)。
  • 基于事件的調(diào)度策略,只需要少量空間就可獲得并發(fā)性,并允許獨(dú)立的組件共享單個(gè)執(zhí)行任務(wù)上下文。同事件相關(guān)的任務(wù)集合可以很快被處理,不允許阻塞,具有高度并發(fā)性。
  • 任務(wù)之間互相平等,沒有優(yōu)先級(jí)的概念。
  • TinyOS的調(diào)度機(jī)制不足:節(jié)點(diǎn)上任務(wù)的多少取決于節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)的方式。如果節(jié)點(diǎn)只是直接把原始數(shù)據(jù)發(fā)往基站,則任務(wù)大多數(shù)是通信路由任務(wù);如果節(jié)點(diǎn)在本地采集數(shù)據(jù)并處理后才往基站發(fā)送,則本地任務(wù)比較多。當(dāng)節(jié)點(diǎn)上待處理的任務(wù)超過其處理能力時(shí),就會(huì)發(fā)生過載。當(dāng)節(jié)點(diǎn)上中斷發(fā)生頻率很高,導(dǎo)致CPU除了進(jìn)行中斷處理外不執(zhí)行其他任何任務(wù)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)過載。當(dāng)系統(tǒng)處理任務(wù)的速率低于任務(wù)發(fā)生的頻率時(shí),任務(wù)隊(duì)列很快就滿了,則會(huì)導(dǎo)致任務(wù)的丟失。
  • 總結(jié)

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