最新无线传感器网络复习资料.docx

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最新无线传感器网络复习资料

无线传感器网络复习资料

第一章概述

1、什么是无线传感器网络?

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。

2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?

这些组成模块的功能分别是什么?

（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统

（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。

另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。

3、传感器网络的体系结构包括哪些部分？

各部分的功能分别是什么？

（1）网络通信协议：

类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。

它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。

（2）网络管理平台：

主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。

包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。

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。

（3）应用支撑平台：

建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。

包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。

第二章微型传感器的基本知识

1、传感器由哪些部分组成？

各部分的功能是什么？

传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。

敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。

转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。

基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。

另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。

2、集成传感器的特点是什么?

体积小、重量轻、功能强、性能好。

3、如何进行传感器的正确选型？

（1）测量对象与环境：

分析被测量的特点和传感器的使用条件选择何种原理的传感器。

（2）灵敏度：

选择较高信噪比的传感器，并选择适合的灵敏度方向。

（3）频率响应特性:

根据信号的特点选择相应的传感器响应频率，以及延时短的传感器。

（4）线性范围：

传感器种类确定后观察其量程是否满足要求，并且选择误差小的传感器。

（5）稳定性：

根据使用环境选择何时的传感器或采用适当的措施减小环境影响，尽量选择稳定性好的传感器。

（6）精度：

选择满足要求的，相对便宜的传感器。

第三章传感器网络的通信与组网技术

1、无线网络通信系统为什么要进行调制和解调?

调制有哪些方法?

（1）调制对通信系统的有效性和可靠性有很大的影响，采用什么方法调制和解调往往在很大程度上决定着通信系统的质量。

调制技术通过改变高频载波的幅度、相位或频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化。

解调是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（信宿）处理和理解的过程。

（2）根据调制中采用的基带信号的类型。

可以将调制分为模拟调制和数字调制。

根据原始信号所控制参量的不同，调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。

2、当前传感器网络的无线通信主要选择哪些频段？

在频段选择上主要集中在433～464MHz、902～928MHz和2.4～2.5GHz的ISM波段。

3、设计基于竞争的MAC协议的基本思想是什么？

基于竞争的MAC协议采用按需使用信道的方式，它的基本思想是当节点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道，如果发送的数据产生了碰撞，就按照某种策略重发数据，直到数据发送成功或放弃发送。

4、简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理

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。

5、简述路由选择的主要功能。

路由选择是指选择互连网络从源节点向目的节点传输信息的行为，并且信息至少通过一个中间节点。

包括两个功能：

（1）寻找源节点和目的节点间的优化路径；

（2）将数据分组沿着优化路径正确转发。

6、无限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

7、如何设计传感器网络的定向扩散路由协议？

定向扩散路由协议是一种基于查询的路由机制。

扩散节点通过兴趣信息发出查询任务，采用洪泛方式传播兴趣信息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。

在兴趣信息的传播过程中，协议将逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到汇聚节点的数据传输梯度，传感器探测节点将采集到的数据沿着梯度方向传送给汇聚节点。

第四章传感器网络的支撑技术

1、传感器网络实现时间同步的作用是什么？

（1）传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。

（2）传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。

2、简述TPSN时间同步协议的设计过程。

TPSN时间同步协议采用层次结构，实现整个网络结点的时间同步。

所有结点按照层次结构进行逻辑分级。

表示结点到根结点的距离，通过基于发送者-接收者的结点对方式。

每个结点与上一级的一个结点进行同步。

从而最终所有结点都与根结点实现时间同步。

TPSN协议包括两个阶段:

第一个阶段生成层次结构，每个结点赋予一个级别。

根结点赋予最高级别第0级。

第i级的结点至少能够与一个第（i-1）级的结点通信;

第二个阶段实现所有树结点的时间同步。

第1级结点同步到根结点。

第i级的结点同步到第（i-1）级的一个结点，最终所有结点都同步到根结点，实现整个网络的时间同步。

3、如何对传感器网络的定位方法进行分类？

（1）根据是否依靠测量距离，分为基于测距的定位和不需要测距的定位；

（2）根据部署的场合不同，分为室内定位和室外定位；

（3）根据信息收集的方式，网络收集传感器数据称为被动定位，节点主动发出信息，用于定位称为主动定位。

4、简述ToA测距的原理。

ToA机制是已知信号的传播速度，根据信号的传播时间来计算节点间的距离。

5、举例说明TDoA的测距过程。

在基于TDoA的定位机制中，发射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。

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T1、T2，已知无线射频信号和超声波的传播速度为c1、c2,那么两点之间的距离为（T2-T1）*S，其中S=c1*c2/（c1-c2）。

6、举例说明DV-Hop算法的定位实现过程。

DV-Hop算法解决了低锚点密度引发的问题，它根据距离矢量路由协议的原理在全网范围内广播跳数和位置。

已知锚点L1与L2、L3之间的距离和跳数。

L2计算得到校正值（即平均每跳距离）为（40+75）/（2+5）=16.42m。

假设传感器网络中的待定位节点A从L2获得校正值，则它与3个锚点之间的距离分别是L1=3×16.42，L2=2×16.42，L3=3×16.42，然后使用多边测量法确定节点的位置。

7、什么是数据融合技术?

它在传感器网络中的主要作用是什么?

（1）数据融合也被称作信息融合，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、完整的估计或判断。

（2）①节省整个网络的能量②增强所收集数据的准确性③提高收集数据的效率

8、简述数据融合技术的不同分类方法及其类型。

（1）依据融合前后数据的信息含量进行分类：

无损失融合、有损失融合

（2）依据数据融合与应用层数据语义的关系进行分类：

依赖于应用的数据融合、独立于应用的数据融合、结合以上两种技术的数据融合

（3）依据融合操作的级别进行分类：

数据级融合、特征级融合、决策级融合

9、无线通信的能量消耗与距离的关系是什么?

它反映出传感器网络数据传输的什么特点?

（1）通常随着通信距离的增加，能耗急剧增加。

（2）在传感器网络中要减少单跳通信距离，尽量使用多跳短距离的无线通信方式。

10、简述节能策略休眠机制的实现思想。

当结点周围没有感兴趣的事件发生时，计算与通信单元处十空闲状态，把这些组件关钟或调到更低能耗的状态，即休眠状态。

该机制对于延长传感器结点的生存周期非常重要。

但休眠状态与工作状态的转换需要消耗一定的能量。

并且产生时延。

所以状态转换策略对于休眠机制比较重要。

如果状态转换策略不合适，不仅无法节能，反而会导致能耗的增加。

11、什么是传感器网络的信息安全?

信息安全就是要保证网络中传输信息的安全性。

传感器网络信息安全需求内容如下：

（1）数据的机密性：

保证网络内传输的信息不被非法窃听。

（2）数据鉴别：

保证用户收到的信息来自己方节点而非入侵节点。

（3）数据的完整性：

保证数据在传输过程中没有被恶意篡改。

（4）数据的实效性：

保证数据在时效范围内被传输给用户。

第五章传感器网络的应用开发基础

1、简述网络研究与设计方法

（1）分析方法：

对研究对象和所依存的网络系统进行初步分析，根据限定条件和假设，对研究对象和系统进行描述，抽象出研究对象的数学分析模型。

（2）实验方法：

建立测试床和实验室。

（3）模拟方法：

应用模拟软件来仿真网络系统的运行效果。

2、硬件系统的设计特点和要求

（1）微型化

（2）扩展性和灵活性（3）稳定性和安全性（4）低成本（5）低功耗

3、网络节点操作系统的设计要求

（1）代码量必须尽可能小，复杂度尽可能低，从而尽可能降低系统的能耗。

（2）必须能够适应网络规模和拓扑高度动态变化的应用环境。

（3）对监测环境发生的事件能快速响应。

（4）能快速切换并执行频繁发生的多个并发任务。

（5）能够使多个节点高效地协作完成监测任务。

（6）提供方便的编程方法。

（7）能实现对节点在线动态重新编程。

第六章传感器网络协议的技术标准

1、低速无线个域网具有哪些特点?

结构简单、成本低廉，它使得在低电能和低吞吐量的应用环境中使用无线连接成为可能。

与无线局域网相比，低速无线个域网网络只需很少的基础设施，甚至不需要基础设施。

2、简述ZigBee的技术特点

（1）数据传输速率低。

（2）有效范围小。

（3）工作频段灵活。

（4）省电。

（5）可靠。

（6）成本低。

（7）时延短。

（8）网络容量大。

（9）安全。

3、ZigBee网络系统的软件设计主要包括哪些过程？

（1）建立Profile：

Profile是关于逻辑器件和它们的接口的定义。

（2）初始化：

它包括ZigBee协议栈的初始化和外围设备的初始化。

（3）编写应用层代码：

ZigBee设备都需要设置一个变量来保存协议栈当前执行的原语。

另外综合设计题：

根据自己所做的课程设计进行论述，包含课程设计目的、方法（思路）、过程以及课程设计心得。

要详细论述设计思路、过程以及心得，并对程序架构与部分关键程序的作用进行说明。