苏州大学无线泛在网络期末复习

1.集中式系统与分布式系统集中式：事件间有着明确的时间先后关系，同步的精准度要求较低分布式：同步是必需的，只是对同步的要求程度不同。同步的精准度要求较高2.按需求层次分类：排序、相对同步、绝对同步按同步时间参考源分类：外同步、内同步；按同步节点范围分类：全网同步、局部同步；按同步需求分类：时钟速率同步和时钟偏差同步；后者更容易实现。按同步时段分类：连续同步和按需同步排序：实现对事件发生的先后顺序的判断；相对同步：节点本地时钟独立运行，动态获取并存储它与其他节点之间的时钟偏移，实现本地时间值之间的相互转换。（并不直接修改节点本地时间，保持了本地时间的连续运行）绝对同步：节点本地时间和参考基准时间保持时刻一致。（节点本地时间的修改来源于本地计时过程和时间同步协议）3.NTP不适合于WSN体积、计算能力和存储空间存在限制;传输方式不同：无线而非有线;目标不同：局部最优而非全局最优4.DMTS的优缺点DMTS通过使用广播同步报文，能够一次就同步单跳广播域内的所有节点，但是无需复杂的运算和操作，可扩展性好，是一种低能耗的有效时间同步机制。但是DMTS同步协议没有考虑传播延时、编解码时间的影响，并没有对时钟漂移进行补偿，同步精度不高。5.6.传输延迟=((3)+(4))/2=((T2–T1)+(T4–T3))/2时间差=((3)–(4))/2=((T2–T1)–(T4–T3))/27.萤火虫同步同步可直接在物理层而不需要以报文的方式实现。直接用硬件实现，使得同步精度不会受到MAC延迟、协议处理与软件实现等的影响。由于对任何同步信号的处理方式均相同，与同步信号的来源无关，因此可扩展性以及适应网络动态变化的能力很强。机制非常简单，不需要对其它节点的时间信息进行存储。萤火虫同步算法的一个限制是要求每个节点具有相似性，但这种机制在非相似节点所组成的网络下能否起到同步的作用，目前还不清楚。此外，由于萤火虫同步的理论研究还远未结束，工程实用性还有待考察。8.同步算法主要包括3类：基于发送者的同步算法，如DMTS。优点是灵活、轻量和能量高效，能够实现全部网络节点的同步，但是实现复杂、同步精度不高；基于发送者—接收者交互的同步算法，如TPSN。这类需要较大的带宽及存储空间；基于接收者—接收者的时间同步算法，如RBS。RBS算法是经典的时间同步算法，实现不复杂，也不需要耗费大的存储空间，能够满足大多数时间同步精度要求不太高的需求。9.广播(Broadcast)的目的是要将一讯息告知网络所有的节点广播对无线随意网络(MANET)造成的严重问题有：冗余传输、封包碰撞和媒介竞争等10.三个可能产生的封包碰撞的原因:当网络沈寂有一段时间且节点的后退程序已完成(Backoffwindowrunsout)，这些节点一接到广播将会立即转播(Rebroadcast)就可能造成封包碰撞;广播不用RTS/CTS对话(dialogues)机制;无线随意网络不提供碰撞侦测(collisiondetection,CD)机制，碰撞的封包继续传输浪费网络资源.11.淹没式广播(broadcastbyflooding)：每一节点会再转播(re-broadcast)之前未收到的封包。一有n个节点的网络会有n次(每一节点广播一次)广播。淹没式广播产生的一些(缺点)问题：1冗余转播(redundantrebroadcasts)：重复收到封包2(媒介)竞争问题(contentionproblem)：网络上有两个以上的(邻近)节点常会于同一时间转播封包彼此就会竞争传送机会(TXOP)–即媒介竞争3(封包)碰撞问题(collisionproblem)：立即转播不采任何访问机制。以上现象被称为广播风暴问题12.SPIN优缺点(ADV-REQ-DATA)优点：部分解决了内爆和重叠问题,不需要进行路由维护,对网络拓扑变化不敏感，可用于移动WSN缺点:本质上SPIN还是向全网扩散新消息，开销比较大13.LEACH算法每个节点直接和Sink节点通信：；节点能量消耗过大；节点密度较大时冲突过大，效率低LEACH算法：簇头节点作为一定区域所有节点的代理，负责和Sink的通信；非簇头节点可以使用小功率和簇头节点通信；簇头节点可以对所辖区域节点数据进行融合，减少网络中传输的数据；簇头选举算法的设计，要求保证公平性网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段：簇头建立阶段：节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头；簇头节点广播自己成为簇头的事实；其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该簇头节点；簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时间片；数据传输阶段：节点在分配给他的时间片上发送数据；优点：优化了传输数据所需能量；优化了网络中的数据量；缺点：节点硬件需要支持射频功率自适应调整；无法保证簇头节点能遍及整个网络；14.局部优化问题解决方法：边界转发15.GPSR协议评价优点:采用局部最优的贪婪算法，不需要维护网络拓扑，路由开销小；可适用于静态和移动的WSN网络；缺点：需要地理位置信息的支持；需要维护邻居节点位置信息；16.定位的技术指标:精确程度，覆盖范围定位就是确定位置。定位的两种意义：一种是确定及自己的在系统中的位置；一种是系统确定目标在系统中的位置。位置信息的类型：物理位置指目标在特定坐标系下的位置数值，表示目标的相对位置或者绝对位置。符号位置指在目标与一个基站或者多个基站接近程度的信息，表示目标与基站之间的连通关系，提供目标大致的所在范围。17.基于测距（range-based）的定位技术①三边定位和多边定位：信号强度（RSS）信号传播时间/时间差（TOA/TDOA/RTOF）接收信号相位（PDOA）近场电磁测距（NFER）②接收信号角度定位估计方法：最小二乘，极大似然，最小均方差通过测相位差，求出信号往返的传播时间，计算出往返距离222ccfcfcdfc是信号频率，λ是信号的波长，φ是发送信号和反射信号的相位差。18.无需测距的定位技术：质心算法DV-Hop算法不定形定位算法APIT算法19.部件故障检测:基于空间相关性,基于贝叶斯网络节点故障检测:集中式,分布式基于连接的修复:部署k连通拓扑（在完全图中找最小代价的K连通子图的算法）非k连通图选择容错节点基于覆盖的修复:1，初始化阶段；节点计算自己的覆盖区域（节点单独覆盖的区域）、每个覆盖区域对应的移动区域（有效节点移动到该区域即可重新覆盖漏掉的区域）。2，恐慌请求阶段；垂死节点广播求助消息。3，恐慌回应阶段；垂死节点的邻居收到求助消息后计算如果自己移动到垂死节点的移动区域，是否会影响到自身的覆盖区域，如果不影响则给求助节点返回消息。4，决策阶段；垂死节点根据收到的回应信息，决定让哪个节点移动。20.可靠性协议①物理层物理层是实现无线网络通信的基石，其可靠性能的优劣直接影响到整个系统的容错能力。物理层主要负责数据的编码调制、解调解码、发送与接收。对于无线传感器网络节点间的通信，为了使得数据能够被可靠地传输或接收，必须要做到高的接收机灵敏度、低的背景噪声及较强的抗干扰能力。②链路层数据链路层主要负责数据流的多路选择、数据帧侦测、媒介访问、差错控制，保证了点到点、点到多点的可靠性链接。媒介访问控制为数据传输建立通信链路，并提供对共享媒介的公平、有效的访问。它需要减少或避免媒介中的包冲突。差错控制主要采用自动重发请求（ARQ）和前向纠错（FEC）。③网络层：建立局部多路径，定向洪泛④传输层：事件汇聚到Sink，从汇聚节点到传感节点的传输PSFQ重传机制：为无线传感器网络的重编程或重新指定任务提供了可靠传输，并提供了到接收端延迟保证。源节点低速向网络注入数据包以避免网络拥塞，接收节点有足够的时间来检测这些数据包是否丢失，假如发生丢失就请求重传。当节点收到的包序号不等于上一个包序号加1，那么就认为有包丢失。这个节点在收到正确的包之前停止继续发送包。21.安全设计时，须着重考虑的无线传感器网络的三大特点：1资源非常有限（存储、计算、电池）。2不可靠的无线通信、网络规模大。3非受控操作、面向应用。无线信道的开放性需要加密体制，资源约束的节点需要轻量级、高效安全实现方案，非受控操作需要传感器网络安全策略具有较高的安全弹性22.通信安全需求：1数据机密性（防窃听）-2数据完整性（防篡改）3真实性（防伪造）4数据新鲜性（防重放）23.网络服务安全需求：1可用性2自组织3其它服务组件的安全需求（时间同步、定位、网内融合）24.与传统无线网络一样，传感器网络的消息通信会受到监听、篡改、伪造和阻断攻击。攻击者特征：精明的外行。知识渊博的内行。受到政府或组织资助的团队攻击分类之一：外部攻击内部攻击25.基本安全框架（SPINS）SPINS安全协议族是最早的无线传感器网络的安全框架之一，包含了SNEP和μTESLA两个安全协议。SNEP协议提供点到点通信认证、数据机密性、完整性和新鲜性等安全服务。μTESLA协议则提供对广播消息的数据认证服务。(加密：数据机密性MAC：点到点通信认证、完整性和新鲜性)26.密钥的分配问题是密钥管理中最核心问题WSN密钥管理问题通常需要解决的问题:1抗俘获攻击的安全弹性问题2轻量级问题3分布式网内处理问题4网络的安全扩展问题5密钥撤销问题27.在低成本、低功耗、资源受限的传感器节点上现实可行的密钥分配方案是基于对称密码体制的密钥预分配模型随机预分配模型基于随机图连通原理，并由Eschenauer和Gligor首次提出了基本随机密钥预分配方案28.网络服务质量指标:1可用性：当用户需要时网络即能开始工作的时间百分比。2吞吐量：一定时间段内对网络流量的度量.3时延变化：同一业务流中不同分组所呈现的时延不同。4丢包率：是指网络在传输过程中数据包丢失的比率。29.无线传感器网络覆盖算法分类：1节点部署方式分类:确定性覆盖随机覆盖2覆盖目标分类：:区域覆盖点覆盖栅栏覆盖30.OGDC算法定理1：假设在任何有限区域中，节点的数目有限。则保证区域被节点全覆盖即网络全连通的充要条件是节点通信半径大于两倍的传感半径。定理2：假设传感节点的传感区域是以节点为中心的圆形区域，该区域相对待监测区域小很多。多个传感区域在其中相互相交。如果该区域中所有的交叉点都被覆盖，则该待监测区域也被完全覆盖。定理3：如果所有传感节点的传感半径相等，并且能够完全覆盖监控区域。减少网络中活动节点个数等效于减小所有节点传感覆盖区域的重叠。31.栅栏覆盖控制算法—最坏与最佳情况覆盖最坏覆盖是指如何在网络中找到一条路径，使得沿该路径前进的目标被网络中节点发现的概率最小。该路径称为最大突破路径(maximalbreachpath)，即最大化该路径上点到周围最近传感器的最小距离。最佳覆盖是指网络中找到一条路径，使得沿该路径前进的目标被网络中节点发现的概率最大。该路径称为最大支撑路径(maximalsupportpath)，即最小化路径上的点到周围最近传感器的最大距离。