无线传感网期末考试重点.docx
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无线传感网期末考试重点
1、无线网络可分为两种：
一种是有基础设施的网络；另一种是无基础设施网，又称为无线AdHoc网络，结点是分布式的，没有专门的固定基站。
无线AdHoc网络又可分为两类：
一类是移动AdHoc网络，它的终端是快速移动的。
另一类就是无线传感器网络，它的结点是静止的或者移动很慢。
2、无线传感器网络的标准定义是这样的：
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，目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
它的英文是WirelessSensorNetwork，简称WSN。
3、传感器、感知对象和用户是传感器网络的三个基本要素
4、协作式的感知、采集、处理和发布感知信息是传感器网络的基本功能。
5、传感器结点由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件这几部分构成。
6、无线自组网（MobileAdHocNetwork）：
由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳移动性对等网络
7、通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的
8、传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才考虑节约能源；而传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用，
9、现场总线：
应用在生产现场和微机化测量控制设备之间，实现双向串行多节点数字通信的通信系统，开放式、数字化、多点通信的底层控制网络
10、无线通信的能量消耗与通信距离的关系为：
11、除了降低处理器的绝对功耗以外，现代处理器还支持模块化供电和动态频率调节功能。
12、传感器组网的特点：
自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大、可靠性
13、无线传感器网络的关键性能指标：
网络的工作寿命、网络覆盖范围、网络搭建成本和难易程度、网络响应时间
14、无线传感器网络的应用：
军事应用、环境科学、空间探索、医疗健康、智能家居、建筑物和大型设备安全状态的监控、紧急援救、其他商业应用
15、无线传感器网络的研究历史：
生物芯片、WSN节点、PDA、PC、工作站、小型机、巨型机
16、无线传感器网络发展的三个阶段：
第一阶段：
传统的传感器系统；第二阶段：
传感器网络结点集成化；第三阶段：
多跳自组网
17、无线传感器网络的发展趋势：
无线多媒体传感器网络；泛在传感器网络；具有认知功能的传感器网络；基于超宽带（UWB）技术的无线传感器网络；基于协作通信技术的无线传感器网络
18、开放式系统互联网络参考模型（OSI）共有7个层次，如图3-1所示。
从底向上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
除物理层和应用层外，其余每层都和相邻上下两层进行通信。
19、从无线联网的角度来看，传感器网络结点的体系由分层的网络通信协议、网络管理平台和应用支撑平台三个部分组成
20、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，MAC层和物理层协议采用的是国际电气电子工程师协会制定的IEEE802.15.4协议
21、IEEE802.15.4是针对低速无线个域网制定的标准。
该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。
22、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。
23、物理层的定义：
物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接，提供机械的、电气的、功能的和规程性的特性。
从定义可以看出，物理层的特点是负责在物理链接上传输二进制比特流，并提供为建立、维护和释放物理链接所需要的机械、电气、功能和规程的特性。
24、设立物理层的目的是实现两个网络物理设备之间的二进制比特流的透明传输
25、物理层的主要功能：
为数据终端设备（DTE）提供传送数据的通路；传输数据；其他管理工作
26、数据终端设备（物理设备）：
具有一定数据处理能力和发送接收数据能力的设备
27、数据电路终端设备：
介于数据终端设备和传输介质之间的数据通信设备和电路连接设备，如调制解调器
28、物理接口的四个特性：
机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
29、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。
30、扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种：
直接序列扩频；跳频；跳时；宽带线性调频扩频
31、无线传感器网络的特点：
低能耗、低成本、微型化
32、无线传感器网络设计时需要重点考虑以下问题：
（1）调制机制。
尽量简单、能耗最低，强抗干扰
（2）与上层协议结合的跨层优化设计。
（3）硬件设计
33、无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电、红外线和光波等
34、物理帧的第一个字段是前导码，字节数一般取4，用于收发器进行码片或者符号的同步。
第二个字段是帧头，长度通常为一个字节，表示同步结束，数据包开始传输。
帧头与前导码构成了同步头。
帧长度字段通常由一个字节的低7位表示，其值就是后续的物理层PHY负载的长度，因此它的后续PHY负载的长度不会超过127个字节。
物理帧PHY的负载长度可变，称为物理服务数据单元（PHYServiceDataUnite，PSDU），携带PHY数据包的数据，PSDU域是物理层的载荷。
35、物理层主要负责数据的硬件加密、调制解调、发送与接收，是决定传感器网络结点的体积、成本和能耗的关键环节
36、物理层需要考虑编码调制技术、通信速率和通信频段等问题
37、在低速无线个域网的802.15.4标准中，定义物理层是在868MHZ、915MHZ、2.4GHZ三个载波频段收发数据
38、无线传感器网络频段选择主要集中在：
433-464MHZ，902-928MHZ，2.4-2.5GHZ。
39、多跳自组织无线传感网络MAC层协议需要实现两个目标：
（1）对于感知区域内密集布置节点的多跳无线通信，需要建立数据通信链接以获得基本的网络基础设施。
（2）为了使无线传感节点公平有效地共享通信资源，需要对共享媒体的访问进行管理。
40、无线传感网络的MAC协议必须具有固定能量保护、移动性管理和失效恢复策略
41、考虑现有的MAC解决方案，媒体访问主要包含以下几种访问方式：
（1）基于TDMA的媒体访问
（2）基于混合TDMA/FDMA的媒体访问（3）基于CSMA媒体访问
42、无线传感网络的网络层通常根据下列原则进行设计：
（1）能量有效性是必须考虑的关键问题；
（2）多数无线传感网络以数据为中心；
（3）理想的无线传感网络采用基于属性的寻址和位置感知方式；
（4）数据聚集仅在不妨碍无线传感节点的协作效应时是有效的；
（5）路由协议易于与其它网络（例如Internel）相结合
43、SPI是一种以数据为中心的自适应通信路由协议。
它通过使用节点间的协商制度和资源自适应机制，解决了传统协议所存在的内爆，重叠以及盲目使用资源问题。
SPIN协议有3种数据包类型，即ADV、REQ和DATA。
ADV用于元数据的广播，REQ用于请求发送数据，DATA为传感器采集的数据包
44、传输层的主要目标是：
①采用多路技术和分离技术作为应用层和网络层的桥梁；
②根据应用层的特定可靠度需求在源节点和汇节点间提供带有误差控制机制的数据传递服务；
③通过流动和拥塞机制调节注入网络的信息量
45、ESRT算法主要在Sink节点上运行，使资源有限的无线传感节点需要完成的工作量最小化。
46、SQTL支持3种事件，这些事件用关键词receive、every和expire定义。
47、实现无线网络的跨层设计的信息交互主要有以下三个途径。
①协议层之间直接进行通信；②通过共享信息或数据库来进行信息交互；③采用全新的数据抽象结构，如采用与分层协议栈结构完全不同的堆结构来组织协议。
48、跨层设计成功的关键就是把握了四个要素：
采用按需操作；对高层需求的感知；缓存了业务的描述以及采用了相同范围内的操作。
49、常见的跨层设计技术主要理论方法分为以下几种：
分析法；最优控制法；博弈论法；动态规划法
50、对传感器网络按应用进行分类：
①移动性②数据传输模型③实时性④节点部署和配置方式。
51、网络终端节点的功能归根结底就是传感、探测、感知
52、基础性技术是支撑传感器网络完成任务的关键，包括时间同步机制、定位技术、数据融合、能量管理和安全机制
53、传感器网络时间同步的意义：
无线传感器网络的同步管理主要是指时间上的同步管理。
时间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。
在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和“逻辑时间”两个不同的概念。
物理时间：
表示人类社会使用的绝对时间。
逻辑时间：
体现了事物发生的顺序关系，是个相对概念。
分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时间。
全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。
无线传感器网络时间同步机制的意义和作用主要体现在如下两方面：
首先，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。
其次，传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。
54、网络时间协议（NTP）在因特网得到广泛使用，具有精度高、鲁棒性好和易扩展等优点。
55、TPSN协议包括两个阶段：
第一个阶段生成层次结构；第二个阶段实现所有树节点的时间同步
56、无线传感器网络定位问题的含义是指自组织的网络通过特定方法提供节点的位置信息
57、无线传感器网络的定位方法可以进行如下分类：
（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。
58、通常设计一个定位系统需要考虑两个主要因素，即定位机制的物理特性和定位算法。
59、定位技术的用途大体可分为导航、跟踪、虚拟现实、网络路由等。
60、消除噪声与干扰，实现对观测目标的连续跟踪和测量等一系列问题的处理方法，就是多传感器数据融合技术
61、数据融合的内容主要包括：
多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测
62、数据融合的基本目的是通过融合得到比单独的各个输入数据更多的信息。
这一点是协同作用的结果，即由于多传感器的共同作用，使系统的有效性得以增强。
63、数据融合的主要作用可归纳为以下几点：
（1）提高信息的准确性和全面性。
（2）降低信息的不确定性。
（3）提高系统的可靠性。
（4）增加系统的实时性。
在传感器网络中数据融合起着十分重要的作用，它的主要作用在于：
（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。
64、传感器网络的数据融合技术可以从不同的角度进行分类，这里介绍三种分类方法：
（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
65、数据融合的主要方法：
综合平均法、卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法、D-S证据推理法、统计决策理论、模糊逻辑法、产生式规则法、神经网络方法
66、传感器节点通常由四个部分组成：
处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源管理单元。
67、采用的节能策略主要有休眠机制、数据融合
68、DVS对降低CPU能量是一种十分有效的技术。
一些传感器系统具有时变的计算负荷。
69、容错领域有几个基本概念：
失效、故障、差错
70、失效是指某个设备中止了它完成所要求功能的能力。
故障是指一个设备、元件或组件的一种物理状态，在此状态下它们不能按照所要求的方式工作。
差错是指一个不正确的步骤、过程或结果。
故障只有在某些条件下才能在其输出端产生差错，这些差错由于在系统内部，不是很容易就能观测到。
只有这种差错积累到一定程度或者在某种系统环境下，才能使系统失效。
所以，失效是面向用户的，而故障和差错是面向制造和维修的。
71、无线传感器网络容错设计需要考虑三个方面：
故障模型、故障检测与诊断、修复机制
72、应用贝叶斯信任网络分为构造、学习、推理三个阶段
73、节点故障检测：
集中式故障检测、分布式故障检测
74、假设网络中的节点具有移动能力，它把覆盖修复过程分为四个阶段
（1）初始化阶段
（2）恐慌请求阶段（3）恐慌回应阶段（4）决策阶段
75、传感器网络数据管理系统的结构主要有以下四种：
集中式结构、半分布式结构、分布式结构、层次式结构
76、1．集中与分布式查询处理方法
（1）集中式查询处理方法
（2）分布式查询处理方法
2.聚集操作的处理技术
（1）集中式与分布式聚集技术
（2）流水线聚集技术
（3）连续查询处理技术
①单连续查询的处理技术②多连续查询的处理技术
77、TinyDB系统主要由客户端、TinyDBServer和传感器网络三部分构成
78、传感器网络软件包括四个构件：
①传感器节点目录和模式管理器；②查询处理器；③存储管理器；④网络拓扑管理器
79、Cougar系统由三部分组成：
图形用户界面GUI、客户前端系统、查询代理
80、服务质量标准主要包括：
可用性、吞吐量、时延、时延变化和丢包率等
81、MAC协议的分类：
1）信道数：
单信道和多信道MAC协议。
2）信道分配方式：
基于TDMA的时分复用固定式、基于CSMA的随机竞争式和混合式。
3）节点的工作方式：
侦听、唤醒和调度。
4）控制方式：
分布式执行的协议和集中控制的协议。
82、为什么要学习IEEE802.11协议
IEEE802.11协议在MAC层方面的技术已经非常成熟了，并在市场运用的过程中不断完善，其中相当多的内容对设计无线传感网的MAC协议具有很好的借鉴作用。
现在很多MSN的MAC协议都是在IEEE802.11的基础上修改得到的。
83、IEEE802.11是无限局域网领域国际上第一个被承认的协议
84、IEEE802.11定义了两种类型的设备：
无线站、无线接入点AP
85、AdHoc网络是一种没有固定的、有线的基础设施的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。
86、AdHoc网络优点：
网络抗毁性好、建网容易且费用低。
缺点：
站点数多时，信道竞争成为网络瓶颈。
站点布局受环境限制较大
87、目前大部分无线局域网都基于扩展服务集结构形式这种结构
88、载波监听多点访问算法：
1-坚持CSMA、非坚持CSMA、p-坚持CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA
89、IEEE802.11协议族标准采用CSMA/CA机制，该机制可以利用握手的方式来解决隐藏终端的问题，同时也利用ACK信号来避免冲突的发生
90、802.11协议族规定了两种不同的MAC层访问机制，一种是分布式协调功能
另一种访问机制称为点协调功能
91、间隔时间由短到长依次如下：
短帧间间隔、PCF帧间间隔、DCF帧间间隔、扩展的帧间间隔
92、DCF是基于CSMA/CA的，它包括两种介质访问机制，即基本访问机制（）和RTS/CTS机制，同时采用退避规程。
93、802.11e引入了EDCF和HCF两种机制
94、S-MAC协议是在IEEE802.11协议的SC9636-006基础上针对传感器网络节省能量的需求设计的。
95、①S-MAC协议引入了周期性侦听／睡眠的低占空比机制，通过控制节点的睡眠降低能量消耗。
②S-MAC协议沿用IEEE802.11的RTS/CTS机制降低碰撞几率。
③通过网络分配矢量避免串音现象。
④将长消息分割为若干段消息并集中突发传送，减少协议控制消息的开销。
⑤S-MAC协议将时间分为若干帧，每帧包括同步阶段、活动阶段和睡眠阶段。
96、S-MAC协议关键技术1．数据包的嵌套结构2.堆栈结构和功能3．调度表的维护4.时间同步5．串音避免
97、S-MAC协议与IEEE802.11MAC协议的区别
S-MAC的RTS/CTS控制消息和数据消息携带的时间是整个长消息传输的剩余时间，其它节点只要接收到一个消息，就能够知道整个长消息的剩余时间，然后进入睡眠状态直至长消息发送完成。
IEEE802.11MAC协议考虑了网络的公平性，RTS/CTS只预约下一个发送短消息的时间，其它节点在每个短消息发送完成后都无须醒来进入侦听状态。
只要发送方没有收到某个短消息应答，连接就会断开，其它节点便可以开始竞争信道。
98、T-MAC（TimeoutMAC）协议是在S-MAC协议的基础上M5671-A1提出来的。
99、T-MAC协议定义了如下5个激活事件。
①周期时间定时器时间到。
②在无线信道上接收到数据。
③在冲突过程中感知无线通信的存在。
④节点本身数据包或者ACK分组发送刚结束。
⑤通过侦听RTS/CTS分组，确认邻居的数据交换已经结束。
100、在每个活动阶段的开始，T-MAC按照突发方式发送所有数据，其中TA决定每个M5673-A1周期最小的空闲监听时间，它的取值对于整个协议性能至关重要
101、T-MAC协议提出了两种方法来解决早睡问题。
第一种称为未来请求发送；第二种称作满缓冲区优先
102、传感器网络的三个特性：
传感器网络的空间相关性和时间相关性；不是所有节点都需要报告事件；感知事件的节点密度随时间变化
103、SiftMAC协议是针对基于事件驱动的传感器网络提出的基于竞争的MAC协议。
104、Sift协议的设计目标是：
对于检测到S5L8020A01-Q0事件的N个节点
105、基于竞争的MAC协议尝试通过使各传感器节点以最小复杂度、独立地进行运算的策略来保存能量。
其基本思想是：
传感器节点发送数据时，以某种竞争机制访问无线信道；如果发送的数据产生了碰撞，就按照某种策略重新发送数据，直到数据发送成功或放弃发送。
106、时分复用（TDMA）是实现信道分配的简单成熟的机制，蓝牙（B1uetooth）网络采用了基于TDMA的MAC协议
107、为了适应簇内节点的动态变化，及时发现新的节点，使用能量高的节点转发数据等目的，协议将时间帧分为周期性的四个阶段：
（1）数据传输阶段
（2）刷新阶段3）刷新引起的重组阶段（4）事件触发的重组阶段
108、分布式能量感知节点活动协议将时间帧分为周期性的调度访问阶段和随机访问阶段。
109、流量自适应介质访问（TRAMA）协议将时间划分为连续时槽，根据局部两跳内的邻居节点信息，采用分布式选举机制确定每个时槽的无冲突发送者。
110、NP协议在随机访问周期内执行，节点通过NP协议以竞争方式使用无线信道。
111、调度交换协议SEP用来建立和维护发送者和接收者的调度信息。
112、节点有发送、接收和睡眠三种状态
113、传感器网络中一种重要的通信模式是多个传感器节点向一个汇聚节点发送数据。
所有传感器节点转发收到的数据，形成一个以汇聚节点为根节点的树型网络结构，称为数据采集树
114、DMAC协议中几个主要机制:
1.自适应占空比机制2．数据预测机制3．MTS分组机制
115、SMACS/EAR协议是结合TDMA和FDMA的基于固定信道分配的MAC协议。
其基本思想是为每一对邻居节点分配一个特有频率进行数据传输，不同节点对间的频率互不干扰，从而避免同时传输的数据之间产生碰撞。
116、CDMA码分多址机制为每个用户分配特定的具有正交性的地址码，因而在频率、时间和空间上都可以重叠。
117、目前国际上已有的标准主要是ZigBee、802.15.4、超宽带
118、目前市场上在通信方面所遵循的标准主要包括IEEE803.2（以太网）、IEEE802.4（令牌总线）、IEEEFDDI（光纤布式数据界面）、TCP/IP（传输控锏协议/互联协议）等
119、IEEE1451系列标准是由IEEE仪器和测量协会的传感器技术委员会发起制定的。
120、IEEE1451标准将传感器分成两层模块结构：
第一层模块结构用来运行网络协议和应用硬件，称为“网络适配器”第二层模块为“智能变送器接口模块”其中包括变送器和电子数据表格TEDS。
121、在1994年3月，美国国家标准技术协会和IEEE共同组织一次关于制定智能传感器接口和智能传感器连接网络通用标准的研讨会。
122、在1995年4月，成立了两个专门的技术委员会，即P1451.1工作组和P1451.2工作组
123、IEEE1451.1标准在1999年6月通过IEEE的审核批准。
IEEE1451.2标准在1997年9月通过IEEE的审核批准。
IEEE1451.3标准称为分布式多点系统数字通信和变送器电子数据表格式，在2003年9月被IEEE核准。
IEEE1451.4标准称为混合模式通信协议和变送器电子数据表格式，在2004年3月通过了IEEE的认可
124、IEEE1451.5提议标准主要是为智能传感器的连接提供无线解决方案，尽量减少有线传输介质的使用。
125、IEEE1451.5提议标准描述的是智能传感器与NCAP模块之间的无线连接，并不是指NCAP模块与网络之间无线连接。
126、IEEE1451.5提议标准的工作重点在于制定无线数据通信过程中的通信数据模型和通信控制模型。
它主要包括两个内容：
一是为变送器通信定义一个通用的服务质量机制，能够对任何无线电技术进行映射服务；另外是对于每种无线发送技术都有一个映射层，用来把无线发送具体配置参数映射到QOS机制。
127、IEEE802.15.4标准定义的LRWPAN网络具有如下特点：
（1）在不同的载波频率下实现20kb/s、40kb/s和250kb/s三种不同的传输速率；
（2）支持星型和点对点两种网络拓扑结构；
（3）有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址；
（4）支持冲突避免的载波多路侦听技术
（5）支持确认机制，保证传输可靠性。
128、IEEE802.15.4标准主要包括物理层和MAC层的标准。
129、IEEE802.15.4标准定义了27个信道，编号为0～26；跨越3个频段，具体包括2.4GHz频段的16个信道、915MHz频段的10个信道、868MHz频段的1个信道
130、物理层提供两种服务：
通过物理层数据服务接入点提供物理层的数据服务；通过PLME的服务接入点提供物理层的管理服务
131、MAC层提供两种服务:
（1）MAC数据服务
（2）MAC管理服务
132、MAC层的帧结构
（1）MAC层的通用帧结构
（2）不同类型的MAC帧
133、完整的ZigBee协议栈自上而下由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成
134、ZigBee技术的主要特点包括：
（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
135、系统设计事项：
（1）ZigBee协议栈
（2）ZigBee芯片（3）硬件开发
136、ZigBee-网络系统的软件设计主要过程包括如下：
（1）建立Profile;
（2）初始化;（3）编写应用层代码
137、智能变送器接口模块（STIM）部分包括传感器、放大和滤波电路、A/D转换；变送器独立接口（TII）部分主要由控制单元组成；网络适配器（NCAP）负责通信
138、蓝牙协议栈中的协议组成可以分为以下三大部分类：
第一类由蓝牙特殊利益集团专门针对蓝牙开发的核心规范；第二类是由蓝牙特殊利益集团基于现有的协议开发而成的协议子集规范；第三类是蓝牙特殊利益集团采纳的其他组织制订的协议，即根据不同的应用需要来决定所采用的不同协议
139、
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