第一章 无线传感器网络

Wireless Sensor Network （WSN）

1 无线传感器网络定义

无线传感器是一种 大规模、自组织、多跳、无基础设施支持的无线网络，网络节点是同构的、成本较低，体积和耗电量较小。大部分节点不移动，被随意的散布在监测区域，具有尽可能长的工作时间和寿命。
大规模：多节点
自组织：编程后自动组织网络，不需要人为
多跳：通信通过节点协力
无基础设施----和有基础设施相反
同构：节构相同

2 与现有网络相比，无线传感器网络特点？

1节点数量多，网络密度高；
2分布式的拓扑结构
3自组织特性

3 目前常见的无线网络包括

移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、AdHoc等网络。

4 无线传感器网络系统通常包括

传感器节点
（传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源（给每一个模块供电））、

汇聚节点、
和管理节点

5 每一个传感器的组成：

（1）数据采集模块（2）数据处理和控制模块（3）通信模块（4）供电模块

6 无线传感器网络协议结构体系

物理层：提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。
数据链路层：负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制。
网络层：主要负责路由⽣成与路由选择。
传输层：负责数据的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分。
应用层：包括⼀系列基于检测任务的应⽤层软件。

7 无线传感器网络应用领域

1）智能交通（2）智能农业（3）医疗健康（4）工业监控
（5）军事应用（6）灾难救援与临时场合（7）家庭应用

8 几种短距离无线通信技术之间的区别

蓝牙（BlueTooth）技术、无线局域网802.11（Wi-Fi）、红外数据传输（IrDA）、ZigBee、超宽频（UWB）、短距离通信（NFC）和专用无线通信技术等。
zigbee与Wi-Fi比 优点：低功耗，短距离

第二章 IEEE 802.15.4无线传感器网络通信标准

1 IEEE 802.15.4 定义

IEEE 802.15.4通信协议是短距离无线通信的IEEE标准

2 WPAN

WPAN是⼀种能与⽆线⼴域⽹WWAN、⽆线城域⽹WMAN、⽆线局域⽹WLAN并列但覆盖范围较小的无线网络。

3 按通信范围划分

无线广域网（WWAN）、
无线城域网（WMAN）、
无线局域网（WLAN）、
无线个人局域网（WPAN）

4 支持无线个域网的技术包括

蓝牙、ZigBee、超频波段(UWB) 、IrDA（红外）、HomeRF等。

5 IEEE 802.15.4定义

是短距离无线通信的IEEE标准，它是无线通信传感器网络通信协议中物理层与MAC层的一个具体体现。
即IEEE用于低俗无线个人局域网（LR-WPAN）的物理层和媒体接入控制层规范。
该标准采用载波监听多点接入/冲突避免（CSMA/CA）的媒体接入方式，形成星状和点对点的拓扑结构

6 IEEE 802.15.4有四个任务组（Task Group，TG），分别干嘛？

（1）任务组TG1：制定IEEE 802.15.1标准，又称蓝牙无线个人区域网络标准。这是一个中等速率、近距离的WPAN标准，通常用于手机、PDA等设备的短距离通信。
（2）任务组TG2：制定IEEE 802.15.2标准，研究IEEE 802.15.1与IEEE 802.11（无线局域网标准，WLAN）的共存问题。
（3）任务组TG3：制定IEEE 802.15.3标准，研究高传输速率无线个人区域网络标准。改标准主要考虑无线个人区域网络在多媒体方面的应用，追求更高的传输速率与服务品质。
（4）任务组TG4：制定IEEE 802.15.4标准，针对无线个人区域网络（Low-Rate Wireless Personal Area Network, LR-WPAN）制定标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互连提供统一标准。

7 IEEE 802.15.4 的物理层采用 直接序列扩频技术（direct sequence spread spectrum，DSSS）。

可以使用的频段有三个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段，以及美国的915MHz频段。
冲突避免机制
扩频通信 -->为了降低干扰
在媒体存取控制（MAC）层方面，主要是沿用WLAN中802.11系列标准的CSMA/CA方式，以提示系统兼容性。
信道16个、1、10。 27个信道数。 信道设置

8 IEEE 802.15.4标准特点

1 支持简单器件
802.15.4 中定义了两种器件：
简化功能器件RFD （ 终端。简约硬件成本，省电，低功耗）“只能与全功能器件通话”
和 全功能器件FFD（协调器、路由器）
“可以按个人局域网协调器、协调器或器件三种方式与简化功能器件和其他全功能器件通话”。
2 工作频段和数据速率
27个信道
3 数据传输和低功耗
直接数据传输
间接数据传输
有保证时隙（GTS）数据传输
在802.15.4的数据传输过程中引入了几种延长器件电池寿命或节省功率的机制。其中，多数机制是基于信标使能的方式，主要是限制器件或协调器之收发机的开通时间，或者在无数据传输时使它们处于休眠状态。
4 信标方式和超帧结构
5 自配置
6 安全性

9 星状网络的形成，掌握过程。

第一步就是建立网络协调器。任何一个FFD设备都有成为网络协调器的可能,一个网络如何确定自己的网络协调器由上层协议决定。一种简单的策略是：一个FFD设备在第一次被激活后,首先广播查询网络协调器的请求,如果接收到回应说明网络中已经存在网络协调器,再通过一系列认证过程,设备就成为这个网络中的普通设备。如果没有收到回应,或者认证过程不成功,这个FFD设备就可以建立自己的网络,并且成为这个网络的网络协调器。当然,这里还存在一些更深入的问题,一个是网络协调器过期问题,如原有的网络协调器损坏或者能量耗尽;另一个是偶然因素造成多不网络协调器竞争问题,如移动物体阻挡导致一个FFD自己建立网络,当移动物体离开的时候,网络中将出现个协调器。
网络协调器要为网络选择一个唯一的标识符,所有该星状网络中的设备都是用这个标识符来规定自己的属主关系。不同星状网络之间的设备通过设置专门的网关完成相互通信。选择一个标识符后,网络协调器就允许其他设备加入自己的网络,并为这些设备转发数据分组。星状网络中的两个设备如果需要互相通信,都是先把各自的数据包发送给网络协调器,然后由网络协调器转发给对方。

10 物理层数据服务包括以下5个方面的功能：

(1)激活和休眠射频收发器
(2)信道能量检测 检测结果是信噪和
(3)检测接收数据包的链路质量指示
(4)空闲信道评估
(第一种 简单判断信道的信号能量
第二种 通过判断无线信号的特征
第三种 同时检测信号强度和信号特征，给出信道空闲判断)
(5)收发数据

11 MAC子层主要功能包括下面8个方面（解决如何共享信道问题）

1如果设备是协调器，那么就需要产生网络性能指标
2信标的同步
3支持无线个域网的关联和取消关联操作
4支持无线信道通信安全
5使用CSMA-DA机制访问物理信道
6支持时槽保障（GTS）
7支持不同设备的MAC层间可靠传输
8 传输产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧，与协调器同步

第三章

1 ZigBee体系结构

ZigBee技术是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的。
zigbee技术建立在IEEE 802.15.4标准之上，802只处理低级MAC层和物理层协议，zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。

2 ZigBee协议框架

了解

3 网络管理

网络层主要实现节点加入、离开、路由查找和传送数据等功能。支持星状、树状、网格等多种拓扑结构

4 ZigBee工作流程：

系统启动、驱动初始化、OSAL初始化和启动、进入任务轮询

5 ZigBee网络层规范。

网络层：主要实现节点加入、离开、路由查找和传送数据等功能。
支持星状（Star）、树状（Cluster-Tree）、网格（Mesh）等多种拓扑结构。

第八章

1 三种逻辑设备类型

在ZigBee网络中存在三种逻辑设备类型：
（1）协调器
负责启动整个网络。协调器选择一个信道和一个网络ID（PAN ID），随后启动整个网络。协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定。
（2）路由器
主要功能：允许其他设备加入网络，多跳路由协助由电池供电的子终端设备的通信。
（3）终端设备
精简设备，可以睡眠或者唤醒。它可以是一个由电池供电的设备。所需存储空间比较小。

2 PANID

取值范围是0x0000-0xFFFF，当设置为0xFFFF时，协调器可以随机获取一个16位的PANID建立一个网络。

3 地址

ZigBee设备有两种类型的地址。一种是64位IEEE地址，即MAC地址；另一种是16位网络地址。
64位地址是全球唯一的地址，设备将在它的生命周期中一直拥有它。
16位地址为网络地址，是当设备加入网络后分配的。

4 数据传送方式

（1）单点传送
单点传送是指将数据包发送给一个已经知道网络地址的网络设备。
（2）间接传送
间接传送模式是指当应用程序不知道数据包的目标设备在哪里的时候使用的模式。
（3）广播传送
0xFFFF----数据包将被传送到网络上的所有设备，包括睡眠中的设备。
0xFFFD----数据包发送给除睡眠中的设备。
0xFFFC----数据包发送给所有路由器，包括协调器。
组寻址

5 端点

端点EndPoint是为实现一个设备描述而定义的一组群集，定义了一个设备内的一个通信实体，一个特定应用通过它被执行。ZDO的Endpoint是0，其他应用程序的Endpoint为1-240,241-255保留未用。

6 拓扑结构

ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星状、树状、Mesh网状网络。

7 簇

一个应用规范内的所有设备，通过簇的方式彼此进行通信。簇可被输入给一个设备，也可从一个设备被输出。簇的作用主要在于发送方和接收方关于通信的一种约定，接收方根据收到的信息的簇ID来判定要对接收到的信息进行怎样的处理。

8 文件夹干嘛的？

（1）Documents
Documents文件夹包括对整个协议栈进行说明的所有文档信息，该文件夹中有很多的PDF格式文档，可以把它们当做参考手册，根据需要来读。
（2）Projects
该目录下包含用于Z-Stack功能演示的各个项目例子，可供开发者们参考。
（3）Tools
该目录下包含TI公司提供的一些工具。
（4）Components
Components文件夹是Z-Stack协议栈的各个功能部件的实现，本文件夹下包含的子目录如下：
（1）hal文件夹为硬件平台的抽象层。
（2）mac文件夹包含IEEE 802.15.4物理协议的实现需要的代码文件的头文件。
（3）mt文件夹包含为系统添加在计算机上有Z-tools调试功能所需要的源文件。
（4）osal文件夹包含操作系统抽象层所需要的文件。
（5）service文件夹包含Z-Stack提供的两种服务：寻址服务和数据服务所需要的文件。
（6）stack文件夹是Components文件夹最核心的部分，是ZigBee协议栈的具体实现部分。
（7）zmac文件夹包含Z-Stack MAC导出层文件。