物聯(lián)網(wǎng)工程項目概論習題與思考題答案

1、物聯(lián)網(wǎng)工程概論習題與考慮題答案 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc300566935 第1章答案 PAGEREF _Toc300566935 h 1 HYPERLINK l _Toc300566936 第2章答案 PAGEREF _Toc300566936 h 3 HYPERLINK l _Toc300566937 第3章答案 PAGEREF _Toc300566937 h 5 HYPERLINK l _Toc300566938 第4章答案 PAGEREF _Toc300566938 h 11 HYPERLINK l _Toc300566939 第5章答案 PAG

2、EREF _Toc300566939 h 23 HYPERLINK l _Toc300566940 第6章答案 PAGEREF _Toc300566940 h 26 HYPERLINK l _Toc300566941 第7章答案 PAGEREF _Toc300566941 h 30 HYPERLINK l _Toc300566942 第8章答案 PAGEREF _Toc300566942 h 33 HYPERLINK l _Toc300566943 第9章答案 PAGEREF _Toc300566943 h 37第1章答案1-1簡述物聯(lián)網(wǎng)的定義，分析物聯(lián)網(wǎng)的“物”的條件。答：物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識

3、不（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把各種物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識不、定位、跟蹤、監(jiān)控和治理的一種網(wǎng)絡。特不注意，物聯(lián)網(wǎng)中的“物”，不是一般意義的萬事萬物，那個地點的“物”要滿足以下條件：1、要有相應信息的接收器； 2、要有數(shù)據(jù)傳輸通路；3、要有一定的存儲功能；4、要有處理運算單元(CPU)；5、要有操作系統(tǒng)；6、要有專門的應用程序；7、要有數(shù)據(jù)發(fā)送器；8、遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；9、在世界網(wǎng)絡中有可被識不的唯一編號。1-2簡述物聯(lián)網(wǎng)應具備的三個特征。答：一是全面感知，即利用射頻識不技術(RFID)、傳感器、二維

4、碼等隨時隨地獵取物體的信息；二是可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去；三是智能處理，利用云計算，模糊識不等各種智能計算技術，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的操縱。1-3簡述15年周期定律和摩爾定律。答：15年周期定律：計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。摩爾定律：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。1-4名詞解釋：RFID、EPC、ZigBee。答：RFID即射頻識不，俗稱電子標簽，一種自動識不技術，能夠快速讀寫、長期跟蹤治理，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對目標加以識不。EPC(Electro

5、nic Product Code)，即產(chǎn)品電子代碼，為每一件單品建立全球的、開放的標識標準，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)對單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術。要緊用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時刻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩?-5簡要概述物聯(lián)網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)。答：物聯(lián)網(wǎng)能夠簡要分為核心層、接入層，軟件核心層要緊是應用服務層，硬件接入層包括網(wǎng)絡傳輸層和感知操縱層。感知操縱層一般包括RFID感應器、傳感器網(wǎng)關、接入網(wǎng)關、RFID標簽、傳感器節(jié)點、智能終端等，網(wǎng)絡傳輸層包括無線傳感器網(wǎng)絡、

6、移動通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、信息中心、網(wǎng)管中心等；軟件應用服務層是為了治理、維護物聯(lián)網(wǎng)以及為完成用戶的某種特定任務而編寫的各種程序的總和。1-6分析物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術和應用難點。答：關鍵技術為RFID、無線網(wǎng)絡技術、傳感技術、人工智能技術。應用難點在于其技術標準問題、數(shù)據(jù)安全問題、IP地址問題、終端問題。1-7舉例講明物聯(lián)網(wǎng)的應用領域及前景。答：物聯(lián)網(wǎng)應用領域?qū)ｉT廣，幾乎能夠包含各行各業(yè)。目前在環(huán)境愛護、社區(qū)服務、商務金融等方面，例如“移動支付”、 “移動購物”、“手機鈔票包”、“手機銀行”、“電子機票”等，前景寬敞可觀，應用潛力巨大，不管是服務經(jīng)濟市場，依舊國家戰(zhàn)略需要，物聯(lián)網(wǎng)都能占據(jù)重要地位。第2

7、章答案2-1 什么是EPC？答：電子產(chǎn)品編碼(Electronic Product Code）2-2 請簡要地敘述EPC系統(tǒng)的組成，以及各個部分的英文簡寫。答：EPC載體、讀寫器、EPC產(chǎn)品治理中間件、網(wǎng)絡、ONS、PML服務器、數(shù)據(jù)庫等。其中ONS ( Object Naming Servicer，對象名稱解服務器)，它用來把EPC轉(zhuǎn)化成IP地址，用來定位相應的計算機和完成相應的信息交互服務。PML ( Physical Markup Language，實體標識語言)服務器中，存儲用PML描述的實物信息，如實物名稱、種類、性質(zhì)、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家信息、實物存放位置、實物的使用講明等。2-3

8、EPC編碼有幾種技術要求？每種要求具體是如何要求的？答：EPC數(shù)字信息代表了該產(chǎn)品的生產(chǎn)地區(qū)、生產(chǎn)商、生產(chǎn)日期、產(chǎn)品屬性等數(shù)據(jù)信息。目前的EPC系統(tǒng)中應用的編碼類型要緊有三種：64位、96位和256位，EPC由版本號、產(chǎn)品域名治理、產(chǎn)品分類部分和序列號四個字段組成，版本號字段代表了產(chǎn)品所使用的EPC的版本號，這一字段提供了能夠編碼的長度。 產(chǎn)品域名治理字段標識了該產(chǎn)品生產(chǎn)廠商的具體信息，如廠商名字，負責人以及產(chǎn)地。產(chǎn)品的分類字段部分能夠使商品的銷售商能夠方便地對產(chǎn)品進行分類。序列號用于對具體單個產(chǎn)品進行編碼。關于具體的編碼標準現(xiàn)在差不多推出有：EPC-96型，EPC-64型、型、型，EPC-2

9、56型、型、型等編碼方案。 2-4 條形碼分為幾種？請簡要講明每種條形碼的特點。答：條形碼能夠有一維的，還有二維條形碼，黑條和空白的排列就代表了商品的產(chǎn)品屬性等特征信息，因而在許多領域有廣泛的應用，因其各自特點差異，其用途也各不相同，日常我們多見到的是一維條碼。在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼，稱為二維條碼（2-dimensional bar code），可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號、圖形；存儲數(shù)據(jù)量大，可存放1k字符，可用掃描儀直接讀取內(nèi)容，無需另接數(shù)據(jù)庫；保密性高（可加密）；安全級不最高時，損污50%仍可讀取完整信息。 2-5 RFID系統(tǒng)差不多組成部

10、分有哪些？答：RFID系統(tǒng)要緊由應答器、閱讀器和高層組成。其中應答器是集成電路芯片形式，而集成芯片又依照它的封裝不同表現(xiàn)的形式也不太一樣。閱讀器用于產(chǎn)生射頻載波完成與應答器之間的信息交互的功能。高層功能是信息的治理和決策系統(tǒng)。 2-6 電子標簽分為哪幾種？簡述每種標簽的工作原理。答：應答器的差不多是由天線、編/解碼器、電源、解調(diào)器、存儲器，操縱器以及負載電路組成。從應答器傳送信息到閱讀器，狀態(tài)數(shù)據(jù)在CPU的操縱下，從存儲器中取出通過編碼器和負載調(diào)制單元發(fā)送到閱讀器2-7 RFID產(chǎn)品的差不多衡量參數(shù)有哪些？答：RFID產(chǎn)品的差不多衡量參數(shù)有工作頻率、讀取距離、讀寫速度、方向性、采納通信接口協(xié)議

11、。2-8 簡述天線的工作原理。答：天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的裝置，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化，在電磁能量的轉(zhuǎn)換過程中，完成信息的交互。2-9 關于拋物面天線，已知它的拋物面直徑為2m，中心工作波長為2cm，依照統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，請計算其增益近似為多少。答：關于拋物面天線，可用下式近似計算其增益：G（dBi）= 10 lg 4.5 （D / 0）2 式中，D為拋物面直徑；0為中心工作波長；4.5是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 現(xiàn)在D=2m，中心工作波長0=0.02m，代入公式得G=95.42 dBi。2-10 請講出RFID天線要緊分為哪

12、幾種？每種的特點如何？答：RFID天線要緊分為近場天線、遠場天線、偶極子天線、微帶貼片天線和電感耦合射頻天線等。近場天線系統(tǒng)工作在天線的近場，標簽所需的能量差不多上通過電感耦合方式由讀寫器的耦合線圈輻射近場獲得，工作方式為電感耦合。關于超高頻和微波頻段，讀寫器天線要為標簽提供能量或喚醒有源標簽，工作距離較遠，一般位于讀寫器天線的遠場。偶極子天線也稱為對稱振子天線，由兩段同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構(gòu)成。信號從中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上將產(chǎn)生一定的電流分布，這種電流分布就會在天線周圍空間激發(fā)起電磁場。微帶貼片天線通常是由金屬貼片貼在接地平面上的一片薄層，微帶貼片天線質(zhì)量輕、體積小

13、、剖面薄，饋線和匹配網(wǎng)絡能夠和天線同時制作，與通信系統(tǒng)的印制電路集成在一起，貼片又可采納光刻工藝制造，成本低、易于大量生產(chǎn)。2-11 試講明HRRFD-NF09的近場天線的性能參數(shù)如何？答：HRRFD-NF09的近場天線的天線的物理長度為150mm。工作的頻率范圍為865954GHz，采納了N/SMA接口形式，天線的極化方式為線極化。第3章答案3-1傳感器的定義是什么?它們是如何分類的？答：傳感器是一種能把特定的被測信號，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和操縱等要求。依照不同的分類方式，有不同的分類。3-2試分析傳感器在各領域里的應用。答：略。3

14、-3傳感器的動態(tài)特性、差不多概念及要緊性能指標的含意是什么?答：傳感器的動態(tài)特性，是指其輸出對隨時刻變化的輸入量的響應特性。3-4傳感器的要緊特性有哪些?答：要緊分為靜態(tài)特性 和動態(tài)特性。衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。3-5傳感器的誤差大小與其精度、準確度之間的關系是什么?答：略。3-6什么叫傳感器？由哪幾部分組成？它們的作用與相互關系如何樣？答：傳感器由兩個差不多元件組成：敏感元件與轉(zhuǎn)換元件。具體由下圖所示：3-7有兩個傳感器測量系統(tǒng)，其動態(tài)特性能夠分不用下面兩個微分方程描述，試求這兩個系統(tǒng)的時刻常數(shù)和靜態(tài)靈敏度K。式中，y為輸出電壓，V；T為 輸入溫度，。式中，y

15、為輸出電壓，V；x為輸入壓力，Pa。答：10s，0.5*10-5V/；0.33s，2.29V/Pa。3-8用一只時刻常數(shù)=0.318s的一階傳感器去測量周期分不為1s、2s和3s的正弦信號，問幅值相對誤差是多少？答：-55.2% ，-29.3% ，-16.8%。3-9查閱資料，查找半導體氣敏傳感器有哪幾種類型？答：略。3-10什么叫絕對濕度和相對濕度？答：相對濕度，指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。絕對濕度指的是大氣中水汽的密度，即單位大氣中所含水汽的質(zhì)量。3-11試述濕敏電容式和濕敏電阻式濕度傳感器的工作原理。答：略。3-12超聲波傳感器的差不多原理是什么？超聲波探頭有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？答：

16、超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波振動頻率高于可聽聲波。由換能晶片在電壓的激勵下，發(fā)生振動能產(chǎn)生超聲波。超聲波對液體、固體的穿透能力強，在不透明的固體中它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面，會發(fā)生顯著反射，形成反射成回波碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。超聲波探頭要緊由壓電晶片組成，既能夠發(fā)射超聲波也能夠接收超聲波。小功率超聲探頭多用來探測。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、雙探頭等。3-13什么是智能傳感器？智能傳感器有哪些實現(xiàn)方式？答：智能傳感器（Intelligent Sensor）是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器要緊由傳感器、

17、微處理器（或微計算機）及相關電路組成，包括傳感器、信號調(diào)理電路、微處理器、輸出接口等。3-14溫度傳感器是如何分類的？答：水分子具有較大的電偶極矩。在氫原子附近有極大的正電場，因而它具有專門大的電子親和力，使得水分子易于吸附在固體表面并滲透到固體內(nèi)部。利用水分子這一特性制成的濕度傳感器稱為水分子親和力型傳感器。而把與水分子親和力無關的濕度傳感器，稱為非水分子親和力型傳感器。3-15試述濕度傳感器的應用。答：略。3-16什么是氣體的濕度？什么叫露點？答：大氣的干濕程度通常用絕對濕度和相對濕度來表示。露點：降低溫度可使未飽和水汽變成飽和水汽。3-17電容式濕度傳感器的工作原理是什么？有什么特點？使

18、用時應注意什么問題？答：電容式濕度傳感器的敏感元件為濕敏電容，要緊材料一般為高分子聚合物、金屬氧化物。這些材料對水分子有較強的吸附能力，吸附水分的多少隨環(huán)境濕度而變化。由于水分子有較大的電偶極矩，吸水后材料的電容率發(fā)生變化。電容器的電容值也就發(fā)生變化。同樣，把電容值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，就能夠?qū)穸冗M行監(jiān)測。3-18超聲波的差不多特性？答：它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小的特點，特不是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等。3-19簡述半導體氣敏元件制成的表面操縱型電阻式傳感器的差不多結(jié)構(gòu)及工作原理。答：略。3-20從超聲波的行進方一直看可分為哪兩種差不多類型？答：超聲波是一種在HYPERLINK

19、/view/778.htm t _blank彈性介質(zhì)中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。3-21氣敏傳感器的特性？答：氣敏傳感器的特性要緊有靈敏度；響應時刻；選擇性；穩(wěn)定性；溫度特性；濕度特性；電源電壓特性。3-22查找文獻最近有什么新型的氣敏傳感器。答：略。3-23什么是超聲波？答：低于16Hz的機械波稱為次聲波高于2104Hz的機械波稱為超聲波。3-24簡述超聲波測厚度、液位和流量的原理。答：略。3-25 MEMS的英文名是什么？答：Micro-Electro-Mechanical Systems3-26 MEMS的定義是什么？答：完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)

20、行器、信號處理和操縱電路、通信接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。3-27 MEMS的優(yōu)點和特點是什么？答：MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異、功能強大、能夠批量生產(chǎn)等傳統(tǒng)機械無法比擬的優(yōu)點。3-28傳感器接口特點是什么？傳感器的輸出信號有什么特點？答：傳感器輸出信號的處理要緊由傳感器的接口電路完成。因此傳感器接口電路應具有一定的信號預處理能力。經(jīng)預處理后的信號應成為可供測量、操縱使用及便于向微型計算機輸入的信號形式。一般來講傳感器輸出信號具有如下特點：輸出信號比較微弱有的傳感器輸出電壓僅有0.1V。這就要求接口電路必須有一定的放大能力。 輸出阻抗

21、比較高如此會使傳感器信號輸入到測量電路時產(chǎn)生較大的信號衰減。輸出信號動態(tài)范圍專門寬。輸出信號隨著輸入物理量的變化而變化，但它們之間的關系不一定是線性比例關系。3-29傳感器與微型計算機接口的一般結(jié)構(gòu)是什么？輸入通道和輸出通道的特點是什么？答：傳感器與微型計算機接口的一般結(jié)構(gòu)：輸入通道的特點： = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 輸入通道的結(jié)構(gòu)類型取決于傳感器送來的信號大小和類型。由于被測量和信號轉(zhuǎn)換的差異，輸入通道會有不同的類型。 = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 輸入通道的要緊技術指標是信號轉(zhuǎn)換精度和實時性，后者為實時檢測和操縱系統(tǒng)的專門要求。對輸入通道技術指標的要

22、求是選擇通道中有關器件的依據(jù)。 = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 輸入通道是一個模擬、數(shù)字信號混合的電路，其功耗小，一般沒有功率驅(qū)動要求。 = 4 * GB2 * MERGEFORMAT 被測信號所在的現(xiàn)場可能存在各種電磁干擾。這些于擾會與被測信號一起從輸入通道進入微機，阻礙測量和操縱精度，甚至使微機無法正常工作，因此在輸入通道中必采取措施。輸出通道的特點： = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 通道的結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)要求，其中的信號有數(shù)字量和模擬量兩大類，要用到的轉(zhuǎn)換器件是DA轉(zhuǎn)換器。 = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 微機輸出信號的電平和功率都專門小，而

23、被控裝置所要求的信號電平和功率往鉸比較大，因此在輸出通道中要有功率放大，即輸出驅(qū)動環(huán)節(jié)。 = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 輸出通道連接被控裝置的執(zhí)行機構(gòu)，各種電磁干擾會經(jīng)通道進入被控裝置，因此必須在輸出通道中采取抗干擾措施。3-30電橋電路的要緊作用是什么？能夠分為哪幾種？答：電橋電路是傳感器檢測電路中經(jīng)常使用的電路，要緊用來把傳感器的電阻、電容、電感變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流。分為直流電橋、 交流電橋和放大電路3-31繪出差不多放大電路的電路圖。答：略。3-32放大電路有哪3種形式?輸出信號的表達形式分不是什么？答：反向放大：同向放大：差動放大：第4章答案4-1傳感器節(jié)點在實現(xiàn)各種

24、網(wǎng)絡協(xié)議和應用系統(tǒng)時，存在哪些現(xiàn)實約束？答：傳感器節(jié)點在實現(xiàn)各種網(wǎng)絡協(xié)議和應用系統(tǒng)時，存在以下一些現(xiàn)實約束。1.電源能量有限傳感器節(jié)點體積微小，通常攜帶能量十分有限的電池。由于傳感器節(jié)點個數(shù)多、成本要求低廉、分布區(qū)域廣，而且部署區(qū)域環(huán)境復雜，有些區(qū)域甚至人員不能到達，因此傳感器節(jié)點通過更換電池的方式來補充能源是不現(xiàn)實的。如何高效使用能量來最大化網(wǎng)絡生命周期是傳感器網(wǎng)絡面臨的首要挑戰(zhàn)。如何讓網(wǎng)絡通信更有效率，減少不必要的轉(zhuǎn)發(fā)和接收，不需要通信時盡快進入睡眠狀態(tài)，是傳感器網(wǎng)絡協(xié)議設計需要重點考慮的問題。2.通信能力有限無線通信的能量消耗與通信距離的關系為：其中，參數(shù)n滿足關系2n4。n的取值與專門

25、多因素有關，例如傳感器節(jié)點部署貼近地面時，障礙物多干擾大，n的取值就大；天線質(zhì)量對信號發(fā)射質(zhì)量的阻礙也專門大?？紤]諸多因素，通常取n為3，即通信能耗與距離的三次方成正比。隨著通信距離的增加，能耗將急劇增加。因此，在滿足通信連通度的前提下應盡量減少單跳通信距離。由于節(jié)點能量的變化，受高山、建筑物、障礙物等地勢地貌以及風雨雷電等自然環(huán)境的阻礙，無線通信性能可能經(jīng)常變化，頻繁出現(xiàn)通信中斷。在如此的通信環(huán)境和節(jié)點有限通信能力的情況下，如何設計網(wǎng)絡通信機制以滿足傳感器網(wǎng)絡的通信需求是傳感器網(wǎng)絡面臨的挑戰(zhàn)之一。3.計算和存儲能力有限傳感器節(jié)點是一種微型嵌入式設備，要求它價格低功耗小，這些限制必定導致其攜帶

26、的處理器能力比較弱，存儲器容量比較小。為了完成各種任務，傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的治理和處理、應答匯聚節(jié)點的任務請求和節(jié)點操縱等多種工作。如何利用有限的計算和存儲資源完成諸多協(xié)同任務成為傳感器網(wǎng)絡設計的挑戰(zhàn)。4-2舉例講明無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域。答：傳感器網(wǎng)絡的應用前景特不寬敞，能夠廣泛應用于軍事、環(huán)境監(jiān)測和預報、健康護理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復雜機械監(jiān)控、都市交通、空間探究、大型車間和倉庫治理，以及機場、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等領域。隨著傳感器網(wǎng)絡的深入研究和廣泛應用，傳感器網(wǎng)絡將逐漸深入到人類生活的各個領域。1.軍事應用傳感器網(wǎng)絡具有可快速部署、可自組織、隱蔽性

27、強和高容錯性的特點，因此特不適合在軍事上應用。利用傳感器網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)對敵軍兵力和裝備的監(jiān)控、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視、目標的定位、戰(zhàn)場評估、核攻擊和生物化學攻擊的監(jiān)測和搜索等功能。通過飛機或炮彈直接將傳感器節(jié)點播撒到敵方陣地內(nèi)部，或者在公共隔離帶部署傳感器網(wǎng)絡，就能夠特不隱蔽而且近距離準確地收集戰(zhàn)場信息，迅速獵取有利于作戰(zhàn)的信息。傳感器網(wǎng)絡是由大量的隨機分布的節(jié)點組成的，即使一部分傳感器節(jié)點被敵方破壞，剩下的節(jié)點依舊能夠自組織地形成網(wǎng)絡。傳感器網(wǎng)絡能夠通過分析采集到的數(shù)據(jù)，得到十分準確的目標定位，從而為火控和制導系統(tǒng)提供精確的制導。利用生物和化學傳感器，能夠準確地探測到生化武器的成分，及時提供情報信息，

28、有利于正確防范和實施有效的反擊。2.環(huán)境觀測和預報系統(tǒng)隨著人們關于環(huán)境的日益關注，環(huán)境科學所涉及的范圍越來越廣泛。傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境研究方面可用于監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣情況、牲畜和家禽的環(huán)境狀況和大面積的地表監(jiān)測等，可用于行星探測、氣象和地理研究、洪水監(jiān)測等，還能夠通過跟蹤鳥類、小型動物和昆蟲進行種群復雜度的研究等。類似地，傳感器網(wǎng)絡可實現(xiàn)對森林環(huán)境監(jiān)測和火災報告，傳感器節(jié)點被隨機密布在森林之中，平常狀態(tài)下定期報告森林環(huán)境數(shù)據(jù)，當發(fā)生火災時，這些傳感器節(jié)點通過協(xié)同合作會在專門短的時刻內(nèi)將火源的具體地點、火勢的大小等信息傳送給相關部門。3.醫(yī)療護理傳感器網(wǎng)絡在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護理方面的應用包括

29、監(jiān)測人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內(nèi)大夫和患者的行動，醫(yī)院的藥物治理等。假如在住院病人身上安裝專門用途的傳感器節(jié)點，如心率和血壓監(jiān)測設備，大夫利用傳感器網(wǎng)絡就能夠隨時了解被監(jiān)護病人的病情，發(fā)覺異常能夠迅速搶救。將傳感器節(jié)點按藥品種類分不放置，計算機系統(tǒng)即可關心辨認所開的藥品，從而減少病人用錯藥的可能性。還能夠利用傳感器網(wǎng)絡長時刻地收集人體的生理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對了解人體活動機理和研制新藥品差不多上特不有用的。4.智能家居傳感器網(wǎng)絡能夠應用在家居中。在家電和家具中嵌入傳感器節(jié)點，通過無線網(wǎng)絡與Internet連接在一起，將會為人們提供更加舒適、方便和更具人性化的智能家居環(huán)境。利用遠程監(jiān)控系統(tǒng)，

30、可完成對家電的遠程遙控，例如能夠在回家之前半小時打開空調(diào)，如此回家的時候就能夠直接享受適合的室溫，也能夠遙控電飯鍋、微波爐、電冰箱、電話機、電視機、錄像機、電腦等家電，按照自己的意愿完成相應的煮飯、燒菜、查收電話留言、選擇錄制電視和電臺節(jié)目以及下載網(wǎng)上資料到電腦中等工作，也能夠通過圖像傳感設備隨時監(jiān)控家庭安全情況。利用傳感器網(wǎng)絡能夠建立智能幼兒園，監(jiān)測孩童的早期教育環(huán)境，跟蹤孩童的活動軌跡，能夠讓父母和老師全面地研究學生的學習過程。5.建筑物狀態(tài)監(jiān)控建筑物狀態(tài)監(jiān)控（Structure Health Monitoring，SHM）是利用傳感器網(wǎng)絡來監(jiān)控建筑物的安全狀態(tài)。由于建筑物不斷修補，可能會

31、存在一些安全隱患。盡管地殼間或的小振動可能可不能帶來看得見的損壞，然而也許會在支柱上產(chǎn)生潛在的裂縫，那個裂縫可能會在下一次地震中導致建筑物倒塌。用傳統(tǒng)方法檢查，往往要將大樓關閉數(shù)月。采納傳感器網(wǎng)絡，能夠讓大樓、橋梁和其他建筑物能夠自身感受并意識到它們本身的狀況，使得安裝了傳感器網(wǎng)絡的智能建筑自動告訴治理部門它們的狀態(tài)信息，同時能夠自動按照優(yōu)先級來進行一系列自我修復工作。以后的各種摩天大樓可能就會裝備這種類似紅綠燈的裝置，從而建筑物可自動告訴人們當前是否安全、穩(wěn)固程度如何等信息。6.其他方面的應用復雜機械的維護經(jīng)歷了“無維護”、“定時維護”以及“基于情況的維護”三個時期。采納“基于情況的維護”方

32、式能夠優(yōu)化機械的使用，保持過程更加有效，同時保證制造成本仍然低廉。其維護開銷分為幾個部分：設備開銷、安裝開銷和人工收集分析機械狀態(tài)數(shù)據(jù)的開銷。采納無線傳感器網(wǎng)絡能夠降低這些開銷，特不是能夠去掉人工開銷。尤其是目前數(shù)據(jù)處理硬件技術的飛速進展和無線收發(fā)硬件的進展，新的技術差不多成熟，能夠使用無線技術幸免昂貴的線纜連接，采納專家系統(tǒng)自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和分析。傳感器網(wǎng)絡能夠應用于空間探究。借助于航天器在外星體撒播一些傳感器節(jié)點，能夠?qū)π乔虮砻孢M行長時刻的監(jiān)測。這種方式成本專門低，節(jié)點體積小，相互之間能夠通信，也能夠和地面站進行通信。4-3傳感器節(jié)點由哪幾部分組成？答：傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊

33、、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成。傳感器模塊負責監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊負責操縱整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信，交換操縱消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，通常采納微型電池。4-4簡述無線傳感器網(wǎng)絡各層協(xié)議和平臺的功能。答：協(xié)議棧包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層，與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對應。另外，協(xié)議棧還包括能量治理平臺、移動治理平臺和任務治理平臺。這些治理平臺使得傳感器節(jié)點能夠按照能源高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點移動的傳感器網(wǎng)絡中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并

34、支持多任務和資源共享。各層協(xié)議和平臺的功能如下：物理層提供簡單但健壯的信號調(diào)制和無線收發(fā)技術；數(shù)據(jù)鏈路層負責數(shù)據(jù)成幀、幀檢測、媒體訪問和差錯操縱；網(wǎng)絡層要緊負責路由生成與路由選擇；傳輸層負責數(shù)據(jù)流的傳輸操縱，是保證通信服務質(zhì)量的重要部分；應用層包括一系列基于監(jiān)測任務的應用層軟件；能量治理平臺治理傳感器節(jié)點如何使用能源，在各個協(xié)議層都需要考慮節(jié)約能量；移動治理平臺檢測并注冊傳感器節(jié)點的移動，維護到匯聚節(jié)點的路由，使得傳感器節(jié)點能夠動態(tài)跟蹤其鄰居的位置；任務治理平臺在一個給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)度監(jiān)測任務。4-5無線傳感器網(wǎng)絡具有何顯著特點？答：無線傳感器網(wǎng)絡具有以下的特點：1.大規(guī)模網(wǎng)絡為了獵取精確

35、信息，在監(jiān)測區(qū)域通常部署大量傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點數(shù)量可能達到成千上萬，甚至更多。傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模性包括兩方面的含義：一方面是傳感器節(jié)點分布在專門大的地理區(qū)域內(nèi)，如在原始大森林采納傳感器網(wǎng)絡進行森林防火和環(huán)境監(jiān)測，需要部署大量的傳感器節(jié)點；另一方面，傳感器節(jié)點部署專門密集，在一個面積不是專門大的空間內(nèi)，密集部署了大量的傳感器節(jié)點。傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模性具有如下優(yōu)點：通過不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比；通過分布式處理大量的采集信息能夠提高監(jiān)測的精確度，降低對單個傳感器節(jié)點的精度要求；大量冗余節(jié)點的存在，使得系統(tǒng)具有專門強的容錯性能；大量節(jié)點能夠增大覆蓋的監(jiān)測區(qū)域，減少洞穴或者盲區(qū)。2.自

36、組織網(wǎng)絡在傳感器網(wǎng)絡應用中，通常情況下傳感器節(jié)點被放置在沒有基礎結(jié)構(gòu)的地點。傳感器節(jié)點的位置不能預先精確設定，節(jié)點之間的相互鄰居關系預先也不明白，如通過飛機播撒大量傳感器節(jié)點到面積寬敞的原始森林中，或隨意放置到人不可到達或危險的區(qū)域。如此就要求傳感器節(jié)點具有自組織的能力，能夠自動進行配置和治理，通過拓撲操縱機制和網(wǎng)絡協(xié)議自動形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。3多跳路由網(wǎng)絡中節(jié)點通信距離有限，一般在幾十到幾百米范圍內(nèi)，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。假如希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路由。網(wǎng)絡的多跳路由使用網(wǎng)關和HYPERLINK /product/searchfi

37、le/7239.html t _blank路由器來實現(xiàn)，而無線傳感器網(wǎng)絡中的多跳路由是由一般網(wǎng)絡節(jié)點完成的，沒有專門的路由設備。如此每個節(jié)點既能夠是信息的發(fā)起者，也能夠是信息的轉(zhuǎn)發(fā)者。4.動態(tài)性網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)可能因為下列因素而改變：環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點出現(xiàn)故障或失效；環(huán)境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化，甚至時斷時通；傳感器網(wǎng)絡的傳感器、感知對象和觀看者這三要素都可能具有移動性；新節(jié)點的加入。這就要求傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)要能夠適應這種變化，具有動態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu)性。4.可靠的網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡特不適合部署在惡劣環(huán)境或人類不宜到達的區(qū)域，傳感器節(jié)點可能工作在露天環(huán)境中，遭受太陽的

38、暴曬或風吹雨淋，甚至遭到無關人員或動物的破壞。傳感器節(jié)點往往采納隨機部署，如通過飛機撒播或發(fā)射炮彈到指定區(qū)域進行部署。這些都要求傳感器節(jié)點特不牢固，不易損壞，適應各種惡劣環(huán)境條件。由于監(jiān)測區(qū)域環(huán)境的限制以及傳感器節(jié)點數(shù)目巨大，不可能人工“照顧”每個傳感器節(jié)點，網(wǎng)絡的維護十分困難甚至不可維護。傳感器網(wǎng)絡的通信保密性和安全性也十分重要，要防止監(jiān)測數(shù)據(jù)被盜取和獵取偽造的監(jiān)測信息。因此，傳感器網(wǎng)絡的軟硬件必須具有魯棒性和容錯性。5.以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡是任務型的網(wǎng)絡，脫離傳感器網(wǎng)絡談論傳感器節(jié)點沒有任何意義。傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點采納節(jié)點編號標識，節(jié)點編號是否需要全網(wǎng)唯一取決于網(wǎng)絡通信協(xié)議的設計。

39、由于傳感器節(jié)點隨機部署，構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡與節(jié)點編號之間的關系是完全動態(tài)的，表現(xiàn)為節(jié)點編號與節(jié)點位置沒有必定聯(lián)系。用戶使用傳感器網(wǎng)絡查詢事件時，直接將所關懷的事件通告給網(wǎng)絡，而不是通告給某個確定編號的節(jié)點。網(wǎng)絡在獲得指定事件的信息后匯報給用戶。這種以數(shù)據(jù)本身作為查詢或傳輸線索的思想更接近于自然語言交流的適應。因此通常講傳感器網(wǎng)絡是一個以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡。6.應用相關的網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡用來感知客觀物理世界，獵取物理世界的信息量?？陀^世界的物理量多種多樣，不可窮盡。不同的傳感器網(wǎng)絡應用關懷不同的物理量，因此對傳感器的應用系統(tǒng)也有多種多樣的要求。不同的應用背景對傳感器網(wǎng)絡的要求不同，其硬件平臺、軟件系統(tǒng)

40、和網(wǎng)絡協(xié)議必定會有專門大差不。因此傳感器網(wǎng)絡不能像Internet一樣，有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺。關于不同的傳感器網(wǎng)絡應用盡管存在一些共性問題，但在開發(fā)傳感器網(wǎng)絡應用中，更關懷傳感器網(wǎng)絡的差異。只有讓系統(tǒng)更貼近應用，才能做出最高效的目標系統(tǒng)。針對每一個具體應用來研究傳感器網(wǎng)絡技術，這是傳感器網(wǎng)絡設計不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的顯著特征。4-6基于距離的定位的方法分為：基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位和基于RSSI的定位等，比較這四種方法的優(yōu)缺點。答：基于TOA的定位精度高，但要求節(jié)點間保持精確的時刻同步，因此對傳感器節(jié)點的硬件和功耗提出了較高的要求。TDOA技術對硬件的要求高，成本和能耗

41、使得該種技術對低能耗的傳感器網(wǎng)絡提出了挑戰(zhàn)。然而TDOA技術測距誤差小，有較高的精度。AOA定位不僅能確定節(jié)點的坐標，還能提供節(jié)點的方位信息。但AOA測距技術易受外界環(huán)境阻礙，且AOA需要額外硬件，在硬件尺寸和功耗上不適用于大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡。在實驗環(huán)境中RSSI表現(xiàn)出良好的特性，然而在現(xiàn)實環(huán)境中，溫度、障礙物、傳播模式等條件往往差不多上變化的，使得該技術在實際應用中仍然存在困難。4-7無線傳感器網(wǎng)絡什么緣故要使用時刻同步機制，時刻同步機制的要緊性能參數(shù)包括哪些？答：在無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中，單個節(jié)點的能力特不有限，整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能需要網(wǎng)絡內(nèi)所有節(jié)點互相配合共同完成。時刻同步在無線傳感器網(wǎng)

42、絡中起著特不重要的作用。在分布式系統(tǒng)中，不同的節(jié)點都有自己的本地時鐘。由于不同節(jié)點的晶體振蕩器頻率存在偏差，以及溫度變化和電磁波干擾等，即使在某個時刻所有節(jié)點都達到時刻同步，它們的時刻也會逐漸出現(xiàn)偏差，而分布式系統(tǒng)的協(xié)同工作需要節(jié)點間的時刻同步，因現(xiàn)在間同步機制是分布式系統(tǒng)基礎框架的一個關鍵機制。傳感器網(wǎng)絡應用的多樣性導致了對時刻同步機制需求的多樣性，不可能用一種時刻同步機制滿足所有的應用要求。傳感器網(wǎng)絡的時刻同步機制的要緊性能參數(shù)如下：（1）最大誤差：一組傳感器節(jié)點之間的最大時刻差量，或相對外部標準時刻的最大差量。通常情況下，最大誤差隨著需要同步的傳感器網(wǎng)絡范圍的增大而增加。（2）同步期限：

43、節(jié)點間需要一直保持時刻同步的時刻長度，傳感器網(wǎng)絡需要在各種時刻長度內(nèi)保持時刻同步，從瞬間同步到伴隨網(wǎng)絡存在的永久同步。（3）同步范圍：需要節(jié)點間時刻同步的區(qū)域范圍，那個范圍能夠是地理范圍，如以米度量的距離；也能夠是邏輯距離，如網(wǎng)絡的跳數(shù)。（4）可用性：指在范圍內(nèi)的覆蓋完整性，有些時刻同步機制能夠同步區(qū)域內(nèi)的每個節(jié)點，基于網(wǎng)絡的機制通常能夠同步每個節(jié)點，而有些機制對硬件要求高，僅能同步部分節(jié)點，如GPS系統(tǒng)。（5）效率：達到同步精度所經(jīng)歷的時刻以及消耗的能量。需要交換的同步消息越多，經(jīng)歷的時刻越長，消耗的網(wǎng)絡能量就越大，同步的效率相對就越低。（6）代價和體積：時刻同步可能需要特定硬件，在傳感器網(wǎng)

44、絡中需要考慮部件的價格和體積，這對傳感器網(wǎng)絡特不重要。4-8無線傳感器網(wǎng)絡的安全研究要解決哪些問題？答：無線傳感器網(wǎng)絡的安全和一般網(wǎng)絡安全的動身點是相同的，都要解決如下問題：（1）機密性問題。所有敏感數(shù)據(jù)在存儲和傳輸?shù)倪^程中都要保證其機密性，讓任何人在截獲物理通信信號的時候不能直接獲得消息內(nèi)容。（2）點到點的消息認證問題。網(wǎng)絡節(jié)點在接收到另外一個節(jié)點發(fā)送過來的消息時，能夠確認那個數(shù)據(jù)包確實是從該節(jié)點發(fā)送出來的，而不是不人冒充的。（3）完整性鑒不問題。網(wǎng)絡節(jié)點在接收到一個數(shù)據(jù)包的時候，能夠確認那個數(shù)據(jù)包和發(fā)出來的時候一模一樣，沒有被中間節(jié)點篡改或者在傳輸中通信出錯。（4）新奇性問題。數(shù)據(jù)本身具有

45、時效性，網(wǎng)絡節(jié)點能夠推斷最新接收到的數(shù)據(jù)包是發(fā)送者最新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包。造成新奇性問題一般有兩種緣故：一是由網(wǎng)絡多路徑延時的非確定性導致數(shù)據(jù)包的接收錯序而引起，二是由惡意節(jié)點的重放（replay）攻擊而引起。（5）認證組播/廣播問題。認證組播/廣播解決的是單一節(jié)點向一組節(jié)點/所有節(jié)點發(fā)送統(tǒng)一通告的認證安全問題。認證廣播的發(fā)送者是一個，而接收者是專門多個，因此認證方法和點到點通信認證方式完全不同。在SPINS安全框架中將詳細分析廣播認證問題。（6）安全治理問題。安全治理包括安全引導和安全維護兩個部分。安全引導是指一個網(wǎng)絡系統(tǒng)從分散的、獨立的、沒有安全通道愛護的個體集合，按照預定的協(xié)議機制，逐步形成統(tǒng)

46、一完整的、具有安全信道愛護的、連通的安全網(wǎng)絡的過程。4-9與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的路由協(xié)議相比，無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議具有哪些特點？答：與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的路由協(xié)議相比，無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議具有以下特點：（1）能量優(yōu)先。傳統(tǒng)路由協(xié)議在選擇最優(yōu)路徑時，專門少考慮節(jié)點的能量消耗問題。而無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點的能量有限，延長整個網(wǎng)絡的生存期成為傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議設計的重要目標，因此需要考慮節(jié)點的能量消耗以及網(wǎng)絡能量均衡使用的問題。（2）基于局部拓撲信息。無線傳感器網(wǎng)絡為了節(jié)約通信能量，通常采納多跳的通信模式，而節(jié)點有限的存儲資源和計算資源，使得節(jié)點不能存儲大量的路由信息，不能進行太復雜的路由計算。在節(jié)點只能獵取局部

47、拓撲信息和資源有限的情況下，如何實現(xiàn)簡單高效的路由機制是無線傳感器網(wǎng)絡的一個差不多問題。（3）以數(shù)據(jù)為中心。傳統(tǒng)的路由協(xié)議通常以地址作為節(jié)點的標識和路由的依據(jù)，而無線傳感器網(wǎng)絡中大量節(jié)點隨機部署，所關注的是監(jiān)測區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，而不是具體哪個節(jié)點獵取的信息，不取決于全網(wǎng)唯一的標識。傳感器網(wǎng)絡通常包含多個傳感器節(jié)點到少數(shù)匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)流，按照對感知數(shù)據(jù)的需求、數(shù)據(jù)通信模式和流向等，以數(shù)據(jù)為中心形成消息的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。（4）應用相關。傳感器網(wǎng)絡的應用環(huán)境千差萬不，數(shù)據(jù)通信模式不同，沒有一個路由機制適合所有的應用，這是傳感器網(wǎng)絡應用相關性的一個體現(xiàn)。設計者需要針對每一個具體應用的需求，設計與之適應的特定路

48、由機制。4-10四種類型的路由協(xié)議分不是什么？答：從具體應用的角度動身，依照不同應用對傳感器網(wǎng)絡各種特性的敏感度不同，將路由協(xié)議分為四種類型。四種類型的路由協(xié)議分不是：（1）能量感知路由協(xié)議。高效利用網(wǎng)絡能量是傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的一個顯著特征，早期提出的一些傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議往往僅考慮了能量因素。為了強調(diào)高效利用能量的重要性，在此將它們劃分為能量感知路由協(xié)議。能量感知路由協(xié)議從數(shù)據(jù)傳輸中的能量消耗動身，討論最優(yōu)能量消耗路徑以及最長網(wǎng)絡生存期等問題。（2）基于查詢的路由協(xié)議。在諸如環(huán)境檢測、戰(zhàn)場評估等應用中，需要不斷查詢傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點（查詢節(jié)點）發(fā)出任務查詢命令，傳感器節(jié)點向查詢

49、節(jié)點報告采集的數(shù)據(jù)。在這類應用中，通信流量要緊是查詢節(jié)點和傳感器節(jié)點之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時傳感器節(jié)點的采樣信息在傳輸路徑上通常要進行數(shù)據(jù)融合，通過減少通信流量來節(jié)約能量。（3）地理位置路由協(xié)議。在諸如目標跟蹤類應用中，往往需要喚醒距離跟蹤目標最近的傳感器節(jié)點，以得到關于目標的更精確位置等相關信息。在這類應用中，通常需要明白目的節(jié)點的精確或者大致地理位置。把節(jié)點的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，不僅能夠完成節(jié)點路由功能，還能夠降低系統(tǒng)專門維護路由協(xié)議的能耗。（4）可靠的路由協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡的某些應用對通信的服務質(zhì)量有較高要求，如可靠性和實時性等。而在無線傳感器網(wǎng)絡中，鏈路的穩(wěn)定性難以保證，通

50、信信道質(zhì)量比較低，拓撲變化比較頻繁，要實現(xiàn)服務質(zhì)量保證，需要設計相應的可靠的路由協(xié)議。4-11在設計無線傳感器網(wǎng)絡的MAC協(xié)議時，需要著重考慮哪幾個方面？答：在設計無線傳感器網(wǎng)絡的MAC協(xié)議時，需要著重考慮以下幾個方面：（1）節(jié)約能量。傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，而且電池能量通常難以進行補充，為了長時刻保證傳感器網(wǎng)絡的有效工作，MAC協(xié)議在滿足應用要求的前提下，應盡量節(jié)約使用節(jié)點的能量。（2）可擴展性。由于傳感器節(jié)點數(shù)目、節(jié)點分布密度等在傳感器網(wǎng)絡生存過程中不斷變化，節(jié)點位置也可能移動，還有新節(jié)點加入網(wǎng)絡的問題，因此無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)具有動態(tài)性。MAC協(xié)議也應具有

51、可擴展性，以適應這種動態(tài)變化的拓撲結(jié)構(gòu)。（3）網(wǎng)絡效率。網(wǎng)絡效率包括網(wǎng)絡的公平性、實時性、網(wǎng)絡吞吐量以及帶寬利用率等。4-12在無線傳感器網(wǎng)絡中可能造成網(wǎng)絡能量白費的要緊緣故包括哪幾方面？答：可能造成網(wǎng)絡能量白費的要緊緣故包括如下幾方面：（1）假如MAC協(xié)議采納競爭方式使用共享的無線信道，節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，可能會引起多個節(jié)點之間發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。這就需要重傳發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而消耗節(jié)點更多的能量。（2）節(jié)點接收并處理不必要的數(shù)據(jù)。這種串音（over hearing）現(xiàn)象造成節(jié)點的無線接收模塊和處理器模塊消耗更多的能量。（3）節(jié)點在不需要發(fā)送數(shù)據(jù)時一直保持對無線信道的空閑偵聽（idle li

52、stening），以便接收可能傳輸給自己的數(shù)據(jù)。這種過度的空閑偵聽或者沒必要的空閑偵聽同樣會造成節(jié)點能量的白費。（4）在操縱節(jié)點之間的信道分配時，假如操縱消息過多，也會消耗較多的網(wǎng)絡能量。4-13按照采納固定分配信道方式依舊隨機訪問信道方式可將傳感器網(wǎng)絡的MAC協(xié)議分為哪三類？答：按照下列條件分類MAC協(xié)議：第一，采納分布式操縱依舊集中操縱；第二，使用單一共享信道依舊多個信道；第三，采納固定分配信道方式依舊隨機訪問信道方式。按照第三種分類方法，將傳感器網(wǎng)絡的MAC協(xié)議分為三類：（1）采納無線信道的時分復用方式，給每個傳感器節(jié)點分配固定的無線信道使用時段，從而幸免節(jié)點之間的相互干擾；（2）采納無

53、線信道的隨機競爭方式，節(jié)點在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時隨機使用無線信道，重點考慮盡量減少節(jié)點間的干擾；（3）其他MAC協(xié)議，如通過采納頻分復用或者碼分復用等方式，實現(xiàn)節(jié)點間無沖突的無線信道的分配。4-14在傳感器網(wǎng)絡中，什么緣故要對網(wǎng)絡進行拓撲結(jié)構(gòu)操縱與優(yōu)化。答：在傳感器網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)操縱與優(yōu)化有著十分重要的意義，要緊表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）阻礙整個網(wǎng)絡的生存時刻。傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點一般采納電池供電，節(jié)約能量是網(wǎng)絡設計要緊考慮的問題之一。拓撲操縱的一個重要目標確實是在保證網(wǎng)絡連通性和覆蓋度的情況下，盡量合理高效地使用網(wǎng)絡能量，延長整個網(wǎng)絡的生存時刻。（2）減小節(jié)點間通信干擾，提高網(wǎng)絡通信效率。傳感

54、器網(wǎng)絡中節(jié)點通常密集部署，假如每個節(jié)點都以大功率進行通信，會加劇節(jié)點之間的干擾，降低通信效率，并造成節(jié)點能量的白費。另一方面，假如選擇太小的發(fā)射功率，會阻礙網(wǎng)絡的連通性。因此，拓撲操縱中的功率操縱技術是解決那個矛盾的重要途徑之一。（3）為路由協(xié)議提供基礎。在傳感器網(wǎng)絡中，只有活動的節(jié)點才能夠進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而拓撲操縱能夠確定由哪些節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，同時確定節(jié)點之間的鄰居關系。（4）阻礙數(shù)據(jù)融合。傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)融合指傳感器節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給骨干節(jié)點，骨干節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合，并把融合結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)收集節(jié)點。而骨干節(jié)點的選擇是拓撲操縱的一項重要內(nèi)容。（5）彌補節(jié)點失效的阻礙。傳感器節(jié)點可能部署在

55、惡劣環(huán)境中，在軍事應用中甚至部署在敵方區(qū)域中，因此專門容易受到破壞而失效。這就要求網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)具有魯棒性以適應這種情況。4-15傳感器網(wǎng)絡拓撲操縱要緊研究的問題是什么？答：傳感器網(wǎng)絡拓撲操縱要緊研究的問題是：在滿足網(wǎng)絡覆蓋度和連通度的前提下，通過功率操縱和骨干網(wǎng)節(jié)點選擇，剔除節(jié)點之間不必要的通信鏈路，形成一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。具體地講，傳感器網(wǎng)絡中的拓撲操縱按照研究方向能夠分為兩類：節(jié)點功率操縱和層次型拓撲結(jié)構(gòu)組織。功率操縱機制調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中每個節(jié)點的發(fā)射功率，在滿足網(wǎng)絡連通度的前提下，均衡節(jié)點的單跳可達鄰居數(shù)目。層次型拓撲操縱利用分簇機制，讓一些節(jié)點作為簇頭節(jié)點，由簇頭節(jié)點形成一個處理并轉(zhuǎn)

56、發(fā)數(shù)據(jù)的骨干網(wǎng)，其他非骨干網(wǎng)節(jié)點能夠臨時關閉通信模塊，進入休眠狀態(tài)以節(jié)約能量。4-16 LR-WPAN具有哪些特點？答：低速WPAN(LR-WPAN)是按照IEEE 802.15.4標準，為近距離聯(lián)網(wǎng)設計的。IEEE 802.15.4標準包括工業(yè)監(jiān)控和組網(wǎng)、辦公和家庭自動化與操縱、庫存治理、人機接口裝置以及無線傳感器網(wǎng)絡等。網(wǎng)絡具有如下特點：實現(xiàn)250kbit/s，40kbit/s，20kbit/s三種傳輸速率。支持星形或者點對點兩種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。具有16位短地址或者64位擴展地址。支持沖突幸免載波多路偵聽技術（carrier sense multiple access with collis

57、ion avoidance，CSMA-CA）。用于可靠傳輸?shù)娜珣饏f(xié)議。低功耗。能量檢測（Energy Detection， ED）。鏈路質(zhì)量指示（Link Quality Indication，LQI）。在2450MHz頻帶內(nèi)定義了16個通道；在915MHz頻帶內(nèi)定義了10個通道；在868MHz頻帶內(nèi)定義了1個通道。4-17簡述IEEE 802.15.4定義的LR-WPAN網(wǎng)絡中具有的兩種拓撲結(jié)構(gòu)。答：IEEE定義了兩種不同類型的設備：一種是完整功能設備（Full-Functional Device，F(xiàn)FD），另一種是簡化功能設備（Reduced-Functional Device，RFD）

58、。全功能設備（FFD）具有以下幾個特點：能夠在任何拓撲結(jié)構(gòu)中工作；能夠成為網(wǎng)絡中的主協(xié)調(diào)器；能夠成為一個協(xié)調(diào)器；能夠同任何其他設備進行通信。簡化功能設備（RFD）具有以下幾個特點：被限制在星形網(wǎng)絡拓撲中；不能夠成為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器；只能夠同網(wǎng)絡中的協(xié)調(diào)器進行通信；實現(xiàn)起來特不簡單。由于RFD特不簡單，就像一個電燈開關或者一個紅外線傳感器，它們不需要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，同時一次只能同一個FFD關聯(lián)，因此，RFD能夠使用專門少的資源和存儲空間。4-18簡述ZigBee協(xié)議與IEEE 802.15.4標準的聯(lián)系與區(qū)不。答：IEEE 802.15.4僅定義了物理層和MAC層的規(guī)范?；贗EEE 802.15.4

59、標準的ZigBee技術是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線通信技術。ZigBee協(xié)議棧建立在IEEE 802.15.4的PHY層和MAC子層規(guī)范之上。它實現(xiàn)了網(wǎng)絡層和應用層。IEEE 802.15.4標準有IEEE負責制定，而ZigBee協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定。4-19數(shù)據(jù)融合具有哪些顯著特點。答：數(shù)據(jù)融合具有如下4個顯著特點：1）信息的冗余性：同一個信號可能被不同傳感器捕獲，去除不必要的重復信息；2）信息的互補性：一種傳感器捕獲一種特征，多種特征的結(jié)合將獲得更全面信息；3）信息處理的及時性：多傳感器的并行采集與處理；4）信息處理的低成本性：為獲得準確信息，可用多

60、種廉價的傳感器協(xié)作來代替單個功能強大但高價的傳感器。4-20依照多傳感器數(shù)據(jù)融合模型定義方法和無線傳感器網(wǎng)絡自身特點，數(shù)據(jù)融合可劃分為哪些不同的型式？答：依照多傳感器數(shù)據(jù)融合模型定義方法和無線傳感器網(wǎng)絡自身特點，數(shù)據(jù)融合可依照節(jié)點處理層次、融合前后的數(shù)據(jù)信息量、信息抽象層次的不同而劃分為不同的型式。依照節(jié)點處理的層次，可分為集中式融合和分布式融合。依照融合前后數(shù)據(jù)信息量的變化，可分為無損融合和有損融合。依照信息抽象層次，可分為數(shù)據(jù)級融合、特征級融合、決策級融合。第5章答案5-1請簡述M2M技術的定義。答：隨著各種信息通信手段（如Internet、遙感勘測、遠程信息處理、遠程操縱等）的進展，加之