無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 孫利民：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 孫利民 電子書下載
清華大學(xué)孫利民版的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域中的研究成果和應(yīng)用技術(shù)。全書共分為三篇。第1篇是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲控制、路由協(xié)議、介質(zhì)訪問協(xié)議和短距離低功耗無線通信標準；第2篇是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)，包括定位機制、時間同步、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)融合；第3篇是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)，包括傳感器節(jié)點的硬件平臺、編程語言nesc、操作系統(tǒng)tinyos、跟蹤系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。全書基本上反映了近幾年來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)方面的最新研究成果，并提供了詳盡的參考文獻。
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 孫利民：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 孫利民 第1章.ppt
第三章、MAC協(xié)議內(nèi)容提要1.概述2.競爭型MAC協(xié)議3.分配型MAC協(xié)議4.混合型MAC協(xié)議5.MAC的跨層設(shè)計6.主要參考文獻內(nèi)容提要1.概述2.競爭型MAC協(xié)議3.分配型MAC協(xié)議4.混合型MAC協(xié)議5.MAC的跨層設(shè)計6.主要參考文獻無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議?網(wǎng)絡(luò)特征?傳感器節(jié)點能量受限?傳感器節(jié)點失效概率大?傳感器節(jié)點計算處理能力有限?通信帶寬有限?以數(shù)據(jù)為中心?高密度、大規(guī)模隨機分布對MAC協(xié)議的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)!研究熱點?能量效率?空閑監(jiān)聽?沖突?控制開銷?串擾?可擴展性?網(wǎng)絡(luò)效率?算法復(fù)雜度?與其它層協(xié)議的協(xié)同目前普遍認為重要性依次遞減!MAC協(xié)議分類?分類方式?分配信道的方式?競爭型?分配型?混合型?使用的信道數(shù)目?單信道?雙信道?多信道?網(wǎng)絡(luò)類型?同步網(wǎng)絡(luò)?異步網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提要1.概述2.競爭型MAC協(xié)議3.分配型MAC協(xié)議4.混合型MAC協(xié)議5.MAC的跨層設(shè)計6.主要參考文獻競爭型MAC協(xié)議?基本思想?發(fā)送時主動搶占,CSMA方式(載波偵聽多路訪問)–CSMA/CA主要使用兩種方法來避免碰撞:送出資料前,偵聽媒體狀態(tài),等沒有人使用媒體,維持一段時間后,再等待一段隨機的時間后依然沒有人使用,才送出資料。由於每個裝置采用的隨機時間不同,所以可以減少碰撞的機會。–送出資料前,先送一段小小的請求傳送封包(RTS: Request to Send)給目標端,等待目標端回應(yīng)封包後,才開始傳送?按需分配?優(yōu)點?網(wǎng)絡(luò)流量和規(guī)模變化自適應(yīng)?網(wǎng)絡(luò)拓撲變化自適應(yīng)?算法較簡單?典型協(xié)議?SMAC、TMAC、PMAC、WiseMAC、SiftSMAC協(xié)議-前提條件和基本思想?前提條件?數(shù)據(jù)量少,可進行數(shù)據(jù)的處理和融合?節(jié)點協(xié)作完成共同的任務(wù)?網(wǎng)絡(luò)可以容忍一定程度的通信延遲?基本思想?周期性睡眠和監(jiān)聽;協(xié)商一致的睡眠調(diào)度機制(虛擬簇)?自適應(yīng)的偵聽機制,減少信息的傳輸延遲?帶內(nèi)信令來減少重傳和避免監(jiān)聽不必要的數(shù)據(jù)?消息分割和突發(fā)傳遞機制來減少控制信息的開銷和消息的傳遞延遲SMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1?周期性睡眠和監(jiān)聽?一個周期內(nèi)有睡眠和監(jiān)聽兩種狀態(tài)?節(jié)點之間協(xié)同,保持監(jiān)聽同步?同步調(diào)度,形成虛擬簇?全監(jiān)聽周期,保證鄰居發(fā)現(xiàn)?降低功耗,增加延遲圖3?1 周期性監(jiān)聽和睡眠
無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 孫利民：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)孫利民.ppt
* SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 鏈路建立 引入超幀的概念，用固定參數(shù)Tframe表示 在上電后先進行鄰居發(fā)現(xiàn)，每發(fā)現(xiàn)一個鄰居就有一對節(jié)點形成一個雙向信道 在兩個節(jié)點的超幀中為該鏈路分配一對時隙用于雙向通信，這種不同步的時隙分配稱為異步分配通信 每對時隙都會選擇一個隨機的頻點，減少鄰近鏈路沖突 的可能 SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 鏈路建立 節(jié)點A和D分別在Td和Ta時刻開始進行鄰居發(fā)現(xiàn) 節(jié)點B和C分別在Tb和Tc時刻開始進行鄰居發(fā)現(xiàn) 兩個時隙分配不同的頻點 fx和fy 圖 3?17 異步分配通信 SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)3 鄰居發(fā)現(xiàn)和信道分配 假設(shè)節(jié)點B，C，G進行鄰居發(fā)現(xiàn)。節(jié)點在隨機的時間段內(nèi)打開射頻部分，在一個固定的頻點監(jiān)聽一個隨機長度的時間。節(jié)點C在監(jiān)聽結(jié)束后廣播一個邀請消息Type1 節(jié)點B和G接收到C發(fā)出的Type1消息后，等待一個隨機的時間，然后各自廣播一個應(yīng)答消息Type2 C將接收到B和G發(fā)來的邀請應(yīng)答 ，可以選擇最早到達的應(yīng)答者，也可以選擇接收信號強度最大的應(yīng)答者。在選擇了應(yīng)答者后C將立即發(fā)送一個Type3 給最早到達的B ，Type3消息中攜帶分配信息，該信息包含節(jié)點C的下一個超幀的起始時間 節(jié)點B根據(jù)Type3得到一個時間偏移，并找出兩個共同的空閑時間段做為時隙對，分配給B和C之間的鏈路。 SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)4 鄰居發(fā)現(xiàn)和信道分配 節(jié)點B選擇一個隨機的頻點，將時隙對在超幀中的位置信息以及選擇的頻點通過Type4發(fā)送給節(jié)點C。這些信息成功交換之后，B和C之間就完成了時隙分配和頻率選擇，可以切換到對應(yīng)的時隙和頻率進行通信。 圖 3?18 鄰居發(fā)現(xiàn) TRAMA協(xié)議-基本思想 將一個物理信道分成多個時隙，通過對這些時隙的復(fù)用為數(shù)據(jù)和控制信息提供信道 每個時間幀分為隨機接入和分配接入兩部分，隨機接入時隙也稱為信令時隙，分配接入時隙也稱為傳輸時隙 節(jié)點交換兩跳內(nèi)鄰居信息和分配信息 采用流量自適應(yīng)的分布式選舉算法選擇在每個時隙上的發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點 圖 3?19 時隙分配 TRAMA協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 NP協(xié)議 節(jié)點啟動后處于隨機接入時隙，此時節(jié)點為接收狀態(tài) 通過在隨機接入時隙中交換控制信息，NP協(xié)議實現(xiàn)鄰居信息的交互。控制信息中攜帶了增加的鄰居的更新，如果沒有更新，控制信息作為通知鄰居自己存在的信標 節(jié)點之間的時鐘同步信息也是在隨機接入時隙中發(fā)送 每個節(jié)點發(fā)送關(guān)于自己下一跳鄰居的增加更新，可以用來保持鄰居之間的連通性。如果節(jié)點在一段時間內(nèi)都沒有再收到某個鄰居的信標，則該鄰居失效。 TRAMA協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 調(diào)度交換協(xié)議 建立和維護發(fā)送者和接收者選擇時需要的調(diào)度信息 ，包括調(diào)度信息生成和調(diào)度信息交換與維護 根據(jù)高層應(yīng)用產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速率計算出一個調(diào)度間隔，確定可分配的時隙數(shù)，生成調(diào)度信息 節(jié)點通過調(diào)度分組廣播廣播調(diào)度信息 節(jié)點根據(jù)接收到的廣播維護下一跳鄰居的分配信息 AEA算法 確定節(jié)點當前時隙應(yīng)處于發(fā)送、接收還是睡眠狀態(tài) DMAC協(xié)議-基本思想 適合于節(jié)點采集數(shù)據(jù)后，向一個sink節(jié)點匯聚的單向樹狀模式 采用預(yù)先分配的方法來避免睡眠延遲 引入了一種交錯的監(jiān)聽睡眠調(diào)度機制，保證數(shù)據(jù)在多跳路徑上的連續(xù)傳輸 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 交錯喚醒機制 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點保持靜止，且每個路由節(jié)點有足夠的存活時間，可以在較長時間內(nèi)保持網(wǎng)絡(luò)路徑不發(fā)生變化 假設(shè)數(shù)據(jù)由傳感器節(jié)點向唯一的sink單向傳輸 假設(shè)各個節(jié)點之間保持時鐘同步 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 交錯喚醒機制 在一個多跳傳輸路徑上，各個節(jié)點交錯喚醒，如同鏈鎖一樣環(huán)環(huán)相扣，保證數(shù)據(jù)在樹狀結(jié)構(gòu)上能持續(xù)傳輸，不被睡眠所中斷 每個間隔分為接收、發(fā)送和睡眠三個周期。 圖 3?23 DMAC協(xié)議基本機制 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)4 自適應(yīng)占空比機制 如果節(jié)點在一個發(fā)送周期內(nèi)有多個數(shù)據(jù)包要發(fā)送，就需要該節(jié)點和樹狀路徑上的上層節(jié)點一起加大發(fā)送周期占空比 通過在MAC層數(shù)據(jù)幀的幀頭加入一個標記(more data flag)，以較小的控制開銷發(fā)送占空比更新請求。在ACK幀中加入同樣的標記位 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)5 數(shù)據(jù)預(yù)測機制 在數(shù)據(jù)采集樹中，越靠近上層的節(jié)點，匯聚的數(shù)據(jù)越多，對樹的底層節(jié)點適合的占空比不一定適合中間節(jié)點 如果一個節(jié)點在接收狀態(tài)下接收到一個數(shù)據(jù)包，該節(jié)點預(yù)測子節(jié)點仍有數(shù)據(jù)等待發(fā)送。在發(fā)送周期結(jié)束后再等待3u個周期，節(jié)點重新切換到接收狀態(tài) DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)6 MTS幀機制 必要性：雖然自適應(yīng)占空比機制和數(shù)據(jù)預(yù)測機制考慮了沖突避免，數(shù)據(jù)采集樹中不同分枝節(jié)點仍有沖突的可能 MTS幀只包含目的地址和MTS標志位。標志位為1時稱為MTS請求，標志位為0時稱為MTS清除 發(fā)送或接收到MTS請求的節(jié)點每隔3
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清華大學(xué)孫利民版的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域中的研究成果和應(yīng)用技術(shù)。全書共分為三篇。第1篇是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲控制、路由協(xié)議、介質(zhì)訪問協(xié)議和短距離低功耗無線通信標準；第2篇是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)，包括定位機制、時間同步、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)融合；第3篇是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)，包括傳感器節(jié)點的硬件平臺、編程語言nesc、操作系統(tǒng)tinyos、跟蹤系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。全書基本上反映了近幾年來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)方面的最新研究成果，并提供了詳盡的參考文獻。
《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》書籍目錄:
第1篇傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議
第1章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
第2章路由協(xié)議
第3章mac協(xié)議
第4章拓撲控制
第5章ieee 802.15.4標準
第2篇傳感器網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)
第6章定位技術(shù)
第7章時間同步
第8章安全技術(shù)
第9章數(shù)據(jù)管理
第10章數(shù)據(jù)融合
第3篇傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)
第11章硬件平臺
第12章nesc語言
第13章tinyos操作系統(tǒng)
第14章跟蹤系統(tǒng)
第15章環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
參考文獻
常用術(shù)語英漢對照
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