傳感器網(wǎng)絡復習

一?、填空題1、傳感器網(wǎng)絡的三個基本要素：傳感器，熟知對象，觀察者口2.三線通信物強J■的主要技術(shù)包括：介質(zhì)的比擇，因段的比擇，-國制投術(shù)和擴翅技術(shù)，八無線傳感器網(wǎng)絡特G：大規(guī)暇網(wǎng)絡、自生紜網(wǎng)路,三重的網(wǎng)絡、鼠救喏為二心的阿洛、應用何關(guān)的可弱「4.無線傳感器網(wǎng)斜的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：司融撲控司、網(wǎng)絡協(xié)議、時間同步、定位技求、數(shù)據(jù)融合及菅理網(wǎng)絡安全，應用.二技術(shù)等。心傳感器節(jié)點由傳感器鎮(zhèn)塊、處理器鎮(zhèn)塊、無現(xiàn)通信模塊和能量供應模決四部分組成.6、無愛傳感器網(wǎng)絡的更應模關(guān)分為：通信檀法、傳名候法..計運農(nóng)塊、存透瞪坑和電源模塊，八傳感器網(wǎng)率的支撐技術(shù)包括：定位技術(shù)、時間同步、數(shù)據(jù)融合、能量管理、安全機制.后、傳感器節(jié)G通信箱剪的二作假式育發(fā)之.接收和空壓n9、傳感齡=二.的能耗主要更「在道住瓊塊工10,當前傳統(tǒng)器網(wǎng)絡應用最廣的兩種通信協(xié)議是工zigbee、IEEE802J11.ZigEet主要界定了網(wǎng)絡、安全和應用根架層.迫武工的網(wǎng)絡層支持三種拓撲結(jié)構(gòu)二星型（M亞）河構(gòu)、網(wǎng)狀"Mes?..,結(jié)構(gòu)、族酎室（Cluster二二s自涌構(gòu)「12＞柜據(jù)對傳感器數(shù)據(jù)的操作皴別，可將數(shù)據(jù)融合技術(shù)分為以下三弟：特怔級融合，數(shù)據(jù)縱融合，決薨堀融合，13.信道可以從俠義和廣義兩方面理解，俠義的信道L信號輸出的媒質(zhì)），分為（有線信道和無線信道）；亡文信道〔巨括除除傳輸探質(zhì)還包括有關(guān)的轉(zhuǎn)換器）廣義信道加照功能可以分為《模擬信道）和〔數(shù)字信道:.14.任意相鄰區(qū)域?使用無頻率交叉的頻道是，如：晨6,口潁道：13..匚線傳感器網(wǎng)絡可以透擇的揚段百：868MH2.乳油位、2.4CHA5/-Z.is,無線通信物理層的主要技術(shù)包括：介質(zhì)的選擇、城段的選擇、調(diào)捌技術(shù)和r頻技術(shù).17，IEEE配21譏痂準主要餐括:物理信知MACW的標準.傳感器網(wǎng)絡中常用的測距方法有:到達時間.■■到達時間差仃ciA/TD口外、接收信號道度指示（RS￡I）、到達角QXqA）l.無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)談棧包括物理層、（數(shù)據(jù)鏈路層＞、［網(wǎng)絡層）、傳輸層和（應用層）r還包括能量管號、移動管理和任芬管蘭等平臺；.無線傳感器節(jié)點處手工發(fā)送狀態(tài):I.接收狀密、偵聽狀態(tài)和［睡眠狀態(tài)）時單位時間內(nèi)消耗的育LE是依次減少的二2UIEEE$02,134標然將無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)捶路層分為兩個孑層,即（逐輯掖路孑層LLC）和C介質(zhì)訪問控制F，WMAC1＞￡L互曲光的最低兩層即腿層和姒C層使用（工EEEgQNL3.&協(xié)議）標準，而網(wǎng)絡層和應用層由Zifibe^盟制1匕23無線傳感器網(wǎng)絡的時間同步方法有很多r按照網(wǎng)絡應用的深度可以劃分三種：f茴單排序）、（相對同步）和《絕對同步JC33.無線傳感器網(wǎng)絡的時間同發(fā)方法有很多，按照時間同步的參考時間可以劃分為（內(nèi)同步）和《外同步》o24.無線傳感器網(wǎng)絡的時司同步方法官很妥.，電髡需要比另同步的不同應用需求以及同步對象的范隹.不同二以劃分為〔司郡司步〕三￡喳可同步〕.國.物理0幀工問步頭，物狗花頭和巴了負轂構(gòu)成。.MAC層有四種不同的幀形式： 信標幀,數(shù)據(jù)幀,碓1帙r命令幀.27-毗￡-一般喀寸F :l-匚：-'IL-i.-Lf和 1冶：是啕一：.典型的時間同步協(xié)議有： 1m5協(xié)議， FB勃設和TF泄斑差,SO.敵據(jù)電合的黨略三以分為； 三用層鴕據(jù)建合， 路?三?五省合"】祖立的一提三合計二三：.定位技術(shù)分為：/邊定位/三邊定位和接收信號黃度定位.32,按照口51慢型，Zigbee網(wǎng)絡分為47.從不向上好同為 S座二,昵虎.質(zhì)各二二二_立月層：37,按高移動逐'言是充U 工:最汨叼方式、在丁后和可絡設備一可通過王然號道連接起來,進而實現(xiàn)日尸在活動二:以互相通咤33、GPRS/一種以全球手機系統(tǒng)EGS⑴為基礎的基掘住輸林木,怎—出的延裝；311VIFI會稱為H'irtl-ss附加1」「又竹，.土為支二』?W的信大優(yōu)點就是傳物乏度較高.，可以達致11.'：js:40nIEEEB02.11標準期整雯輯結(jié)枸包括了無線局域網(wǎng)的物理層和媒體訪問控制層.1L1為『年完成并公布的工EEE做工11標惟的展初版本支持二種可選的物理層;調(diào)頻序列獷頻，直接序列和巨外物理層.42,網(wǎng)關(guān)根據(jù)應目領(lǐng)冢的不同.分類也不同.一般司一以分為二 例試網(wǎng)關(guān)，應日退關(guān)和守全網(wǎng)三：43.無線傳感器網(wǎng)絡隨關(guān)屬于協(xié)議網(wǎng)關(guān) 的一種,可以轉(zhuǎn)換不同的協(xié)議.J為什也無線傳感需網(wǎng).絡麗要時間同市.，而逑RBITP軟時向同步■算注二作原理？在分布式的丁?.線傳感器網(wǎng)絡應用二.亙個傳感器下點都看自己的本沌時鐘一不同可、的晶彼張莪器頻率存在偏差，以及濕度和電磁波的干擾等都會造成網(wǎng)絡節(jié)點之間的運行時間偏差；加￡同步燃；工的基本在坦是要十節(jié)二接收程一個同步缶W(wǎng).然后多個收到同步信號的節(jié)直之間進行同歲.立刊同步算法梢除了同步信號發(fā)送一方的時間不嚼定性.這種同步協(xié)議的跳點是協(xié)議開箱大TFSN梆次采用層次型網(wǎng)絡結(jié)枸r首先將所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)進行分鍛r?然后毋個節(jié)點與上f的一個節(jié)點產(chǎn)行廠間同步.最終所有三點都與根節(jié)點時間五步;4.無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議有哪些類型？路由協(xié)議的設計要求？由協(xié)議主要分為四類；基于聚簇的路由協(xié)議、以數(shù)據(jù)為中心路由協(xié)議、基于地理位置路由協(xié)議和能量路由協(xié)議。現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議設計以節(jié)能、延長網(wǎng)路生命周期為主要目的。1）QOS路由；目前傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究重點主要集中在能量效率上，而在未來的研究中可能還需要解決由視頻和成像傳感器以及實時應用引起的QOS問題。2）支持移動性:目前的WSNS路由協(xié)議對網(wǎng)絡的拓撲感知能力和移動性的支持比較差，如何在控制協(xié)議開銷的前提下，支持快速拓撲感知是一個重要挑戰(zhàn)。3）安全路由：由于WSNS的固有特性，其路由協(xié)議極易受到安全威脅，是網(wǎng)絡攻擊的主要目標，設計簡單、有效、適用于WSNS的安全機制是今后努力的方向。4）有效功能：WSNS中數(shù)據(jù)通信最為耗能，今后盡量通過使用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸中采用過濾機制來減少通信量，并通過讓各節(jié)點平均消耗的能量來保持通信量的負載均衡。5）容錯性；由于WSNS節(jié)點容易發(fā)生故障，應盡量利用節(jié)點易獲得的網(wǎng)絡信息計算路由，以確保在路由出現(xiàn)故障時能夠盡快得到恢復，可采用多路徑傳輸來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?、無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議具有哪些特點？1）能量優(yōu)先，（2）基于局部拓撲信息（3）以數(shù)據(jù)為中心（4）應用相關(guān)6.什么是數(shù)據(jù)融合技術(shù)，它在傳感器網(wǎng)絡中的作用是什么？數(shù)據(jù)融合是一種多源信息處理技術(shù)，它通過對來自同一目標的多源數(shù)據(jù)進行優(yōu)化合成，獲得比單一信息源更精確、完整的估計或判決。在傳感器網(wǎng)絡中的作用在于；節(jié)省整個網(wǎng)絡的能量，增強所收集數(shù)據(jù)的準確性，提高數(shù)據(jù)收集效率。第一章：.無線傳感網(wǎng)與自組織網(wǎng)絡的主要異同點有哪些？答：無線傳感網(wǎng)是自組織網(wǎng)路的一種典型應用，雖然具有移動自組織特征，但與傳統(tǒng)的移動自組織網(wǎng)絡相比，又有不同之處，主要區(qū)別有以下幾點：1）無線傳感網(wǎng)以數(shù)據(jù)為中心；2）在通信方式方面，無線傳感網(wǎng)節(jié)點主要使用廣播通信，而別自組織網(wǎng)絡節(jié)點采用點對點通信；3）在網(wǎng)絡節(jié)點的處理能力方面，自組織網(wǎng)絡的處理能力較強，而無線傳感網(wǎng)節(jié)點的處理能力、計算能力和存儲能力都有限；4）在網(wǎng)絡節(jié)點規(guī)模方面，無線傳感網(wǎng)包含的節(jié)點數(shù)量比自組織網(wǎng)絡高幾個數(shù)量級；5）由于無線傳感網(wǎng)節(jié)點數(shù)量的原因，其節(jié)點沒有統(tǒng)一的標示。.簡述無線傳感網(wǎng)發(fā)展歷史的階段劃分和各階段的技術(shù)特點？答：第一階段：傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)，其特征在于；傳感器節(jié)點只產(chǎn)生探測數(shù)據(jù)流，沒有計算能力，并且相互之間不能通行。第二階段；無線傳感網(wǎng)節(jié)點集成化，其特征在于；主要在軍事領(lǐng)域展開，并成為網(wǎng)絡中心戰(zhàn)體系中的關(guān)鍵技術(shù)。第三階段；多跳自組網(wǎng)，其特征在于：網(wǎng)絡傳輸自組織、節(jié)點設計低功耗。第二章；.簡述目前無線傳感網(wǎng)使用的頻段及其傳輸速率？答；基于ZigBee的無線網(wǎng)絡所使用的工作頻段為868MHz、915MHz和2.4GHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps；.簡述目前主流的近距離無線通信技術(shù)及其特點？答：1）ZigBee技術(shù)，其特點是；近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本；2）紅外通信技術(shù)，其特點是；點對點無線傳輸方式，且需要對準方向；傳輸中間不能有障礙物，幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M度。3）藍牙技術(shù)，其特點是：抗信號衰弱能力強；鏈路穩(wěn)定，隨機噪音影響?。皇褂?.4GHZISM頻段，無須申請許可證；可同時支持數(shù)據(jù)、音頻、視頻信號；采用FM調(diào)制方式，降低設備的復雜性。4）WiFi技術(shù)，其特點是：傳輸速率高、可靠性高、建網(wǎng)快速便捷、可移動性好、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)彈性化、組網(wǎng)靈活、組網(wǎng)價格較低廉。5）UWB技術(shù)，其特點是：短距離、高傳輸速率、低發(fā)射功率。.簡述目前主流廣域網(wǎng)互聯(lián)無線通信技術(shù)及其特點？答；1）GPRS和EDGE技術(shù)，其特點是；數(shù)據(jù)服務速率高、能節(jié)約網(wǎng)絡投資、可以充分滿足未來無線多媒體應用的帶寬需求。2）WiMAX技術(shù)，其特點是：QOS保障、傳輸速率高、業(yè)務豐富多樣。3）3G技術(shù)，其特點是：更高的數(shù)據(jù)速率和更加豐富的視頻業(yè)務。4）LTE技術(shù)，其特點是：更高的通信速率；高頻譜效率；QoS保證；降低了無線網(wǎng)絡時延；向下兼容；支持1.25—20MHZ間的多種系統(tǒng)帶寬。第三章；1.IEEE802.11MAC協(xié)議的工作模式是什么？答：分布式協(xié)調(diào)（DCF）工作模式和點協(xié)調(diào)（PCF）工作模式。EEE802.11MAC協(xié)議的DCF、PCF的主要內(nèi)容是什么？答：DCF：在DCF工作方式下，節(jié)點在偵聽到無線信道忙之后，采用CSMA/CA機制和隨機退避機制，實現(xiàn)無線信道的共享。PCF:在PCF工作方式下，通過訪問接入點協(xié)調(diào)節(jié)點的數(shù)據(jù)收發(fā)，通過輪詢方式查詢當前哪些節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送的請求，并在必要時給予數(shù)據(jù)發(fā)送權(quán)。.簡述T-MAC協(xié)議的工作原理以及關(guān)鍵技術(shù)答：工作原理：在T-MAC協(xié)議中，數(shù)據(jù)的發(fā)送都是以突發(fā)方式進行的。其中每個節(jié)點都周期性地喚醒、進入活躍狀態(tài)、和鄰居進行通信，然后進入睡眠狀態(tài)，直到下一個周期開始。同時，新的消息在隊列中進行緩存。節(jié)點之間進行單播通信，使用RTS/CTS/DATA/ACK的方法，以確保避免碰撞和可靠傳輸。關(guān)鍵技術(shù)：周期性偵聽的同步；RTS操作和Ta的選擇；避免串擾；早睡問題；.簡述sift協(xié)議的工作原理和主要優(yōu)缺點答：工作原理；該協(xié)議采用CSMA機制，競爭窗口長度固定，在窗口內(nèi)每個時隙通過非均勻概率分布來確定是否發(fā)送。Sift協(xié)議是基于事件驅(qū)動的WSN競爭MAC協(xié)議。優(yōu)缺點：①網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸由事件驅(qū)動，存在空間相關(guān)的競爭；②不是所有節(jié)點都需要報告事件；③節(jié)點的密度是時變的。.基于競爭的MAC協(xié)議的主要特點是什么？答：1）基于競爭的MAC協(xié)議是根據(jù)需要分配信道，所以這種協(xié)議能較好地滿足節(jié)點數(shù)量和網(wǎng)絡負載的變化。2）基于競爭的MAC協(xié)議能較好地適應網(wǎng)絡拓撲的變化。3）基于競爭的MAC協(xié)議不需要復雜的時間同步或集中控制調(diào)度算法。.簡述DEANA、TRAMA協(xié)議的基本思想和工作原理答：DEANA的基本思想：.簡述DMAC協(xié)議的基本思想和工作原理答：基本思想：大多數(shù)無線傳感網(wǎng)應用中，主要的通信流量是由節(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。根據(jù)匯聚樹的特點提出的DMAC協(xié)議是基于S-MAC和T-MAC協(xié)議的思想，DMAC協(xié)議采用預先分配的方法來避免睡眠延遲。工作原理：DMAC協(xié)議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，也引入了一種更新機制，使占空比能自適應調(diào)整。第四章1.IEEE802.15.4中規(guī)定的MAC幀包括哪些類型？答：1）信標幀：負載數(shù)據(jù)為上層協(xié)議提供數(shù)據(jù)傳輸接口。2）數(shù)據(jù)幀；用來傳輸上層發(fā)到MAC子層的數(shù)據(jù)，它的負載字段包含了上層需要傳送的數(shù)據(jù)。3）確認幀；用于數(shù)據(jù)接收成功后發(fā)送以確認。4）命令幀；用于組建PAN網(wǎng)絡，傳輸同步數(shù)據(jù)。.簡述ZigBee與IEEE802.15.4標準的聯(lián)系與區(qū)別。答：聯(lián)系：IEEE802.15.4僅定義了物理層和MAC層的規(guī)范?；贗EEE802.15.4標準的ZigBee技術(shù)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(shù)。ZigBee協(xié)議棧建立在IEEE802.15.4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。區(qū)別：IEEE802.15.4標準有IEEE負責制定，而ZigBee協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定。.簡述ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)答：1）物理層/數(shù)據(jù)鏈路層：物理層與物理傳輸媒介相關(guān)，負責物體媒介與數(shù)據(jù)比特的相互轉(zhuǎn)化，以及數(shù)據(jù)比特與上層一一數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀的相互轉(zhuǎn)化。數(shù)據(jù)鏈路層負責尋址功能，發(fā)送數(shù)據(jù)時決定數(shù)據(jù)發(fā)送的目的地址，接收數(shù)據(jù)時判定數(shù)據(jù)的源地址。2）ZigBee堆棧層：ZigBee堆棧層有網(wǎng)絡層與安全平臺組成，提供應用層與IEEE802.15.4物理層/數(shù)據(jù)鏈路層的連接，由與網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)、路由、安全相關(guān)的幾個堆棧層次組成。3）應用層：應用層包含在網(wǎng)絡節(jié)點上運行的應用程序，賦予節(jié)點自己的功能。應用層的主要功能是將輸入轉(zhuǎn)化為數(shù)字數(shù)據(jù)，或者將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為輸出。第五章：.無線傳感網(wǎng)路由協(xié)議的分類方法有哪些？答；1）按源節(jié)點獲取路徑策略，劃分為主動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混合路由協(xié)議。2）按通信的邏輯結(jié)構(gòu)，劃分為平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議。3）按路由的發(fā)現(xiàn)過程，劃分為基于地理位置和基于查詢的路由協(xié)議。.能量感知路由的基本原理是什么？答；能量感知路由協(xié)議從數(shù)據(jù)傳輸中的能量消耗出發(fā)，討論最優(yōu)的能量消耗路徑。根據(jù)節(jié)點的可用能量或傳輸路徑上鏈路的能量需求，選擇數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。.簡述層次路由協(xié)議LEACH協(xié)議的原理和工作過程答：低功耗自適應聚類分級LEACH協(xié)議（LOWEnergyAdaptiveClusteringHierarchy）是無線傳感器網(wǎng)絡中最早被提出來的分層路由算法。LEACH可以將網(wǎng)絡整體的生存時間延長15%,其基本思想是通過隨機循環(huán)地選擇簇頭節(jié)點，將整個網(wǎng)絡的能量負載平均分配到每個傳感器節(jié)點中，從而降低網(wǎng)絡能源消耗，提高網(wǎng)絡整體生存時間。在協(xié)議中，首先隨機選擇一個節(jié)點作為簇頭，簇頭開始發(fā)送廣播消息，然后其他普通子節(jié)點根據(jù)信號強弱選擇要加入的簇群。簇頭按照TDMA的方式分給每個普通子節(jié)點一個時隙，并廣播消息。普通子節(jié)點在規(guī)定的時隙內(nèi)向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)。第八章：.無線傳感網(wǎng)定位技術(shù)的含義是什么？答；無線傳感網(wǎng)定位技術(shù)包括傳感器節(jié)點的自身定位和對監(jiān)控目標的定位。.簡述無線傳感網(wǎng)的定位方法和分類？答：1）根據(jù)是否依靠測量距離，分為基于測距的定位和不需要測距的定位。（2）根據(jù)部署的場合不同，分為室內(nèi)定位和室外定位。（3）根據(jù)信息收集的方式，網(wǎng)絡收集傳感器數(shù)據(jù)用于節(jié)點定位被稱為被動.簡述以下術(shù)語的含義：錨點、測距、連接度、到達時間差、接收信號強度指示、視距。答：（1）錨點：指預先獲得位置坐標的節(jié)點，也被稱作錨點。其余節(jié)點被稱為非錨點。（2）測距：指兩個相互通信的節(jié)點通過測量的方式來估計出彼此之間的距離或角度。（3）連接度：包括節(jié)點連接度和網(wǎng)絡連接度兩種含義。節(jié)點連接度是指節(jié)點可探測發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點個數(shù)。網(wǎng)絡連接度是所有節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)目的平均值，它反映了傳感網(wǎng)節(jié)點配置的密集程度。4）到達時間差：發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號，接收節(jié)點根據(jù)兩種信號到達的時間差以及這兩種信號的傳播速度計算兩個節(jié)點之間的距離。（5）接收信號強度指示（ReceivedsignalStrengthIndicator,RSSI）：節(jié)點接收到無線信號的強度大小，被稱為接收信號的強度指示。6）視距：如果傳感器的兩個節(jié)點之間沒有障礙物，能夠?qū)崿F(xiàn)直接通信，則稱這兩個節(jié)點間存在視線關(guān)系。第七章：.無線傳感網(wǎng)時間同步的作用是什么？答；首先，傳感器節(jié)點通常需要彼此協(xié)作，去完成復雜的監(jiān)測和感知任務。其次，傳感網(wǎng)的一些節(jié)能方案是利用時間同步來實現(xiàn)的。.無線傳感網(wǎng)常見的時間同步機制有哪些？答：RBS同步機制；Tiny-sync/Mini-sync同步機制；TPSN時間同步協(xié)議。.簡述TPSN時間同步協(xié)議的工作原理答：TPSN協(xié)議采用層次型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，首先將所有