无线传感器网络与RFID技术复习题1报告.docx

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无线传感器网络与RFID技术复习题1报告

一、填空题

1、传感器网络的三个基本要素：

传感器，感知对象，观察者。

2、无线通信物理层的主要技术包括：

介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。

3、无线传感器网络特点：

大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络。

4、无线传感器网络的关键技术主要包括：

网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等。

5、传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。

6、无线传感器网络的组成模块分为：

通信模块、传感模块、计算模块、存储模块和电源模块。

7、传感器网络的支撑技术包括：

定位技术、时间同步、数据融合、能量管理、安全机制。

8、传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。

9、传感器节点的能耗主要集中在通信模块。

10、当前传感器网络应用最广的两种通信协议是：

zigbee、IEEE802.15.4。

11、ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑结构：

星型（Star）结构、网状（Mesh）结构、簇树型（ClusterTree）结构。

12、根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为以下三类：

特征级融合、数据级融合、决策级融合。

13、信道可以从侠义和广义两方面理解，侠义的信道（信号输出的媒质），分为（有线信道和无线信道）；广义信道（包括除除传输媒质还包括有关的转换器）广义信道按照功能可以分为（模拟信道）和（数字信道）。

14、任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：

1、6、11频道。

15、无线传感器网络可以选择的频段有：

868MHZ、915MHZ、2.4GHZ、5GHZ。

16、无线通信物理层的主要技术包括：

介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。

17、IEEE802.15.4标准主要包括：

物理层和MAC层的标准。

18、传感器网络中常用的测距方法有：

到达时间/到达时间差（ToA/TDoA）、接收信号强度指示（RSSI）、到达角（AoA）。

19、无线传感器网络的协议栈包括物理层、（数据链路层）、（网络层）、传输层和（应用层），还包括能量管理、移动管理和任务管理等平台。

20、无线传感器节点处于（发送状态）、接收状态、侦听状态和（睡眠状态）时单位时间内消耗的能量是依次减少的。

21、IEEE802.15.4标准将无线传感器网络的数据链路层分为两个子层，即（逻辑链路子层LLC）和（介质访问控制子层MAC）。

21、Zigbee的最低两层即物理层和MAC层使用（IEEE802.15.4协议）标准，而网络层和应用层由Zigbee联盟制定。

22、无线传感器网络的时间同步方法有很多，按照网络应用的深度可以划分三种：

（简单排序）、（相对同步）和（绝对同步）。

23、无线传感器网络的时间同步方法有很多，按照时间同步的参考时间可以划分为（内同步）和（外同步）。

24、无线传感器网络的时间同步方法有很多，根据需要时间同步的不同应用需求以及同步对象的范围不同可以划分为（局部同步）和（全网同步）。

25、物理层帧由同步头，物理帧头和PHY负载构成。

26、MAC层有四种不同的帧形式：

信标帧，数据帧，确认帧，命令帧。

27、MAC帧一般格式由MAC帧帧头，MAC帧有效载荷和MAC帧尾构成。

29、典型的时间同步协议有：

DMTS协议，PBS协议和TPSN协议。

30、数据融合的策略可以分为：

应用层数据融合，路由层数据融合和独立的数据融合协议层。

31、定位技术分为：

多边定位/三边定位和接收信号角度定位。

32、按照OSI模型，Zigbee网络分为4层，从下向上分别为物理层，MAC层，网络层和应用层。

33、根据标签的供电方式可以将RFID系统分为有源标签，无源标签，和半有源标签；根据工作频率可以分为低频标签，高频标签，超高频标签和微波标签。

34、RFID系统由读写器，标签和应用系统组成。

35、ISO标准体系分为ISO14443，ISO15693和ISO18000三种。

36、EPCGlobal体系架构分为EPC物理对象交换标准，EPC基础设施标准和EPC数据对象交换标准三部分。

37、蜂窝移动通信是采用无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线信道连接起来，进而实现用户在活动中可以互相通信。

38、GPRS是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术，是GSM的延续。

39、WIFI全称为WirelessFidelity，又称IEEE802.11b，它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mb/s。

40、IEEE802.11标准规范逻辑结构包括了无线局域网的物理层和媒体访问控制层。

41、1997年完成并公布的IEEE802.11标准的最初版本支持三种可选的物理层：

调频序列扩频，直接序列扩频和红外物理层。

42、网关根据应用领域的不同，分类也不同，一般可以分为：

协议网关，应用网关和安全网关。

43、无线传感器网络网关属于协议网关的一种，可以转换不同的协议。

44、RFID系统通常由电子标签、读写器和计算机通信网络三部分组成。

45、在RFID系统工作的信道中存在有三种事件模型：

①以能量提供为基础的事件模型

②以时序方式提供数据交换的事件模型

③以数据交换为目的的事件模型

46、典型的读写器终端一般由天线、射频模块、逻辑控制模块三部分构成。

47、控制系统和应用软件之间的数据交换主要通过读写器的接口来完成。

一般读写器的I/O接口形式主要有：

USB、WLAN、以太网接口、RS-232串行接口、RS-485串行接口。

48、根据电子标签工作时所需的能量来源，可以将电子标签分为有源/无源标签。

49、最常用的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余校验、汉明码。

50、RFID系统按照工作频率分类，可以分为低频、高频、超高频、微波四类。

51、高频RFID系统典型的工作频率是13.56MHz。

52、超高频RFID系统遵循的通信协议一般是ISO18000-7、ISO18000-6。

53、目前国际上与RFID相关的通信标准主要有：

ISO/IEC18000标准、EPCGlobal标准。

二、名词解释：

1、信标：

anchor/beacon

2、跳数：

两个节点之间间隔的跳段总数，称为这两个节点间的跳数。

3、无线自组织网络

4、无线传感器网络（WSN）：

无线传感器网络（WirelessSensorNetworks,WSN）是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。

WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。

通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

5、基带信号信源

6、物理信道

7、逻辑信道

8、路由选择

9、路由协议

10、超宽带（UWB）

11、相对时间同步

12、绝对时间同步

13、时钟偏移

14、数据融合

15、容错技术

三、选择题

1、以下哪些选项不是无线传感器网络和移动自组织网络之间的区别？

（D）

A.无线传感器网络通常比移动自组织网络的规模大（节点多）。

B.移动自组织网络更具移动性。

C.移动自组织网络的节点通常比无线传感器网络节点有更强大的存储能力。

D.无线传感器网络的设计/部署成本比移动自组织网络高。

2、以下哪些选项是无线多媒体传感器网络（WMSN）所需要的？

（D）

A.由于涉及视频/音频数据，因此它们需要更大的存储容量。

B.它们需要考虑严格的服务质量。

C.它们需要高带宽。

D.以上都是。

3、一个传感器节点包括。

（D）

A.模拟/数字传感器芯片

B.无线收发器

C.CPU/存储器

D.以上全部选项

4、在一个传感器网络中，节点中的能量主要被消耗在（C）：

A.模拟传感部分

B.CPU对信号处理的本地计算

C.无线多跳通信

D．唤醒/睡眠切换

5、关于传感器节点的存储器，下面哪项叙述是不正确的？

（B）

A.传感器节点只需要少量的数据存储和程序存储器。

B.如果数据需要存储较长时间，那么用闪存替代SRAM更加高效。

C.程序的执行发生在闪存中，而不是在SRAM中。

D.目前，SRAM的容量通常小于1MB。

6、以下哪项不是TRAMA协议中的状态？

（D）

A.睡眠状态B.接收状态C．传输状态D．唤醒状态

7、Z-MAC协议综合了哪两种传统的MAC协议？

（D）

A.CDMA和TDMAB.FDMA和CSMA

C.CDMA和SDMAD.CSMA和TDMA

8、下列行为中哪些不是用于数据扩散的？

（C）

A.洪泛（flooding）B.闲聊（gossiping）

C.定向传播（directionalpropagation）D.以上都不是

9、SPIN协议没有使用哪些数据分组?

（C）

A.ADVB.REQC.ACKD.DATA

10、下列哪一项不属于传输层的任务？

（A）

A.源节点到目的节点的可靠传输

B.网络拥塞检侧

C.网络拥塞避免

D.缓冲区管理

11、为什么无线传感器网络中不能采用TCP?

（D）

A.TCP在传感器中使用时开销过高

B.在无线传输每一跳中积累错误

C.TCP能耗较大

D.A和B

12、以下哪个原因会导致传感器数据产生噪声？

（D）

A.硬件/电路噪声B.运行环境C.测量误差D．以上皆是

13、下列关于传感器网络安全的描述中，哪些项是不正确的？

（A）

A.密钥管理包括密钥的生成和分发，它是保证传感器网络安全的重要环节。

B.传感器网络安全最重要的目标是要保证传输数据的机密性，其他安全目标是次要的。

C.传统网络的安全机制由于其计算开销过大而不适用于资源严格受限的传感器网络。

D.传感器网络的安全机制在无线传感器节点内占用较少的存储空间（小于100K字节）

14、下面不属于无线通信信道的是（A）。

A.光纤B.自由空间信道C.加性噪声信道D.多径信道

15、下面哪些MAC层协议是竞争型协议（ABD）。

A.SMAC协议B.TMAC协议C.SMACS协议D.PMAC协议

16、下面那些MAC层协议是分配型MAC协议（BD）。

A.SMAC协议B.SMACS协议C.DMAC协议D.TRAMA协议

17、下面哪些协议是以数据为中心的路由协议（A）。

A.DD协议B.GAF协议C.TTDD协议D.SPEED协议

18、下面哪些协议不是地理位置信息路由协议（BCD）。

A.GPSR协议B.TTDD协议C.GAF协议D.GEAR协议

19、下列哪一项是超高频RFID系统的工作频率范围？

（C）

A、<150KHzB、433.92MHz和860～960MHzC、13.56MHzD、2.45～5.8GHz

20、ISO18000-3ISO14443和ISO15693这三项通信协议针对的是哪一类RFID系统？

（B）

A、低频系统B、高频系统C、超高频系统D、微波系统

21、（B）是电子标签的一个重要组成部分，它主要负责存储标签内部信息，还负责对标签接收到的信号以及发送出去的信号做一些必要的处理。

A、天线B、电子标签芯片C、射频接口D、读写模块

22、电子标签正常工作所需要的能量全部是由阅读器供给的这一类电子标签称为B）。

A、有源标签B、无源标签C、半有源标签D、半无源标签

23、RFID卡（C）可分为：

主动式标签（TTF）和被动式标签（RTF）。

A、按供电方式分B、按工作频率分C、按通信方式分D、按标签芯片分

24、下列物联网相关标准中那一个由中国提出的。

（C）

A、IEEE802.15.4aB、IEEE802.15.4bC、IEEE802.15.4cD、IEEE802.15.4n

25、数据采集和感知用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，主要（ABCD）。

A、传感器

B、RFID

C、二维码

D、多媒体信息采集

26、RFID标签的分类按标签芯片分（ABD）。

A、只读（R/O）标签

B、CPU标签

C、被动式标签（RTF）

D、读写（R/W）标签

27、移动通信系统包括（ABCD）。

A.无绳电话B.无线寻呼C.陆地蜂窝移动通信D.卫星移动通信

28、GSM系统中信道的频率间隔是（B）。

A．1.23MHzB.200kHz

C.400kHzD.100kHz

29、移动通信中电波的传播方式主要有（ABC）。

A.直射波B.反射波C.地表面波D.水平面波

30、RFID属于物联网的哪个层（A）

A感知层B网络层C业务层D应用层

四、简述题：

1、简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理

CSMA/CA机制:

当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。

若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。

发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。

如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。

若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。

否则执行退避算法。

2、为什么无线传感器网络需要时间同步，简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理？

在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。

不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差。

RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。

这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。

这种同步协议的缺点是协议开销大

TPSN协议采用层次型网络结构，首先将所有节点按照层次结构进行分级，然后每个节点与上一级的一个节点进行时间同步，最终所有节点都与根节点时间同步。

3、无线传感器网络体系结构包括哪些部分，各部分的功能分别是什么？

无线传感器网络体系结构包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层和能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。

这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。

4、无线传感器网络的路由协议有哪些类型？

路由协议的设计要求？

由协议主要分为四类:

基于聚簇的路由协议、以数据为中心路由协议、基于地理位置路由协议和能量感知路由协议。

现有的无线传感器网络路由协议设计以节能、延长网络生命周期为主要目的。

（1）QoS路由。

目前传感器网络路由协议的研究重点主要集中在能量效率上,而在未来的研究中可能还需要解决由视频和成像传感器以及实时应用引起的QoS问题。

（2）支持移动性。

目前的WSNs路由协议对网络的拓扑感知能力和移动性的支持比较差,如何在控制协议开销的前提下,支持快速拓扑感知是一个重要挑战。

　　（3）安全路由。

由于WSNs的固有特性,其路由协议极易受到安全威胁,是网络攻击的主要目标,设计简单、有效、适用于WSNs的安全机制是今后努力的方向。

　　（4）有效功耗。

WSNs中数据通信最为耗能,今后尽量通过使用数据融合技术、数据传输中采用过滤机制来减少通信量,并通过让各节点平均消耗能量来保持通信量的负载均衡。

（5）容错性。

由于WSNs节点容易发生故障,应尽量利用节点易获得的网络信息计算路由,以确保在路由出现故障时能够尽快得到恢复,可采用多路径传输来提高数据传输的可靠性。

5、无线传感器网络的路由协议具有哪些特点？

（1）能量优先，

（2）基于局部拓扑信息（3）以数据为中心（4）应用相关

6、什么是数据融合技术，它在传感器网络中的作用是什么？

数据融合是一种多源信息处理技术，它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。

在传感器网络中的作用在于：

节省整个网络的能量，增强所收集数据的准确性，提高数据收集效率。

7、描述TDoA测距机制的工作原理。

节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及这两种信号的传播速度，计算两个节点之间的距离。

假设发射节点同时发射无线射频信号和超声波信号，接收节点记录下这两种信号的到达时间为T1、T2，无线射频信号和超声波信号的传播速度分别为c1、c2,那么两点之间的距离为（T2-T1）*S，其中S=c1*c2/（c1-c2）。

8、RFID系统主要由哪几部分组成？

RFID工作原理是什么。

（1）电子标签、读写器、RFID中间件、应用系统

（2）标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即ActiveTag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

9、简述与条形码相比RFID技术具有的优点

（1）可识别单个非常具体的物体。

（2）采用无线电射频，可以隔箱扫描

（3）可以同时对多个物体进行读识，可以整箱扫描。

（4）存储信息量大可以重复擦写。

（5）易于构成网络应用环境

10、什么是EPC,EPC编码有何特点，简述EPC的好处

（1）EPC的全称是ElectronicProductCode，中文称为产品电子代码。

EPC的载体是RFID电子标签，并借助互联网来实现信息的传递。

EPC旨在为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管理水平、降低物流成本。

EPC是一个完整的、复杂的、综合的系统。

（2）编码容量大、兼容性强、应用广泛、具有合理性、国际性

（3）EPC电子标签技术，可以实现数字化库房管理；并配合使用EPC编码，使得库存货品真正实现网络化管理。

11、简述ZigBee与IEEE802.15.4标准的联系与区别。

答:

IEEE802.15.4协议是国际无线电委员会定义的底层通信协议，而ZIGBEE是在底层协议的基础上，增加了一些应用层，网络层应用信息，起到了扩充细化IEEE802.15.4协议的作用！

ZigBee建立在802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。

IEEE802.15.4是IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineer，电子电机学会）确定的低速率，无线个域网（personalareanetwork）标准。

这个标准定义了“实体层”（physicallayer）和“介质访问层”（mediumaccesslayer）。

实体层（PHY）规范确定了在2.4G赫兹以250kbps的基准传输率工作的低功耗展频无线电。

（另有一些以更低数据传播率工作的915兆赫兹和868兆赫兹的实体层规范，但它们不太流行）。

　　介质访问层（MAC）规范定义了在同一区域工作的多个802.15.4无线电信号如何共享空中通道。

介质存取层支持几种架构，包括星状拓扑结构（一个节点作为网络协调点，类似于802.11的接入点），树状拓扑结构（一些节点依次经过另一些节点才到达网络协调点），和网状拓扑结构（无须主协调点，各个节点之间分享路由职责）。

但是仅仅定义实体层和介质访问层并不足以保证不同的设备之间可以对话。

于是便有了ZigBee联盟。

ZigBee从802.15.4标准开始着手，目前正在定义允许不同厂商制造的设备相互对话的应用纲要。

例如，ZigBee“灯纲要”会确定相关的所有协议，因此你从A公司买的ZigBee灯开关会和B公司的灯正常工作。

12、竞争型、分配型和混合型MAC协议各有什么特点？

基于竞争的MAC协

　　多数分布式MAC协议采用载波侦听或冲突避免机制并采用附加的信令控制消息来处理隐藏和暴露节点问题。

基于竞争随机访问的MAC协议是节点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道。

IEEE802.11MAC协议采用带冲突避免的载波侦听多路访问（CarrierSensorMultipleAccesswithCollisionAvoidance，CSMA/CA）是典型的基于竞争MAC协议。

在IEEES02.11MAC协议的基础上，研究人员提出了许多用于传感器">传感器网络的基于竞争的MAC协议，例如：

S-MAC协议、T-MAC协议、ARC-MAC协议、Sift-MAC协议、Wise-MAC协议等。

分配型MAC协议

　　在竞争型MAC协议中，随着网络通信流量的增加，控制包和数据包发生冲突的可能性都会增加，降低了网络的带宽利用率，同时数据信息的重传也会降低能量效率。

分配型MAC协议通常采用TDMA（时分多址）、CDMA（码分多址）、FDMA（频分多址）等技术将一个物理信道分为多个子信道，并将子信道静态或动态地分配给需要通信的节点，避免冲突。

基于分配式的无线传感器网络MAC协议具有如下优点无冲突。

比较有代表协议有SMACS、TRAMA、DMAC协议。

竞争型MAC协议

能很好地适应网络规模和网络数据流量的变化，能灵活地适应网络拓扑的变化，无需精确的时钟同步机制，比较容易实现；但是由于冲突重传、空闲监听、串扰等引起能量损耗，存在能量效率不高的缺点。

分配型MAC协议将信道资源按时隙、码型或频段分为多个子信道，各子信道之间无冲突，互不干扰。

数据包在传输过程中不存在冲突重传，所以能量效率较高。

但是分配型MAC协议节点在网络中形成簇，不能灵活地适应网络拓扑结构变化。

因此，研究人员提出了混合型MAC协议。

比较有代表性的混合型MAC协议：

ZMAC协议。

13、无线传感器网络的网络拓扑结构有哪几种形式？

并说明每一种拓扑结构的特点。

14、简述目前主流的近距离无线通信技术。

EnOcean无线通信标准被采纳为国际标准“ISO/IEC14543-3-10”，这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。

EnOcean能量采集模块能够采集周围环境产生的能量，从光、热、电波、振动、人体动作等获得微弱电力。

这些能量经过处理以后，用来供给EnOcean超低功耗的无线通讯模块，实现真正的无数据线，无电源线，无电池的通讯系统。

EnOcean无线标准ISO/IEC14543-3-10使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz频段，传输距离在室外是300米，室内为30米。

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。

根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。

是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

Zigbee使用频段为2.4G，868MHz以及915MHz。

在不使用功率放大器的前提下，Zigbee的有效传输范围为10-75m。

Z-Wave是由丹麦公司Zensys所主导的无线组网规格，Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。

工作频带为908.42MHz，868.42MHz信号的有效覆盖范围在室内是