無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課后習(xí)題

1、1-2.什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或搬動的傳感器以自組織和多跳的方式組成的無線網(wǎng)絡(luò)。目的是協(xié)作地探測、辦理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息,并報(bào)告給用戶。1-4.圖示說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)。1-5.傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探測結(jié)點(diǎn)由哪些部分組成?這些組成模塊的功能分別是什么?傳感模塊（傳感器、數(shù)模變換）、計(jì)算模塊、通信模塊、儲藏模塊電源模塊和嵌入式軟件系統(tǒng)傳感模塊負(fù)責(zé)探測目標(biāo)的物理特點(diǎn)和現(xiàn)象，計(jì)算模塊負(fù)責(zé)辦理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理，儲藏模塊負(fù)責(zé)存放程序和數(shù)據(jù)，通信模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理信息和探測數(shù)據(jù)兩種信息的發(fā)送和接收。別的，電源模塊負(fù)責(zé)結(jié)點(diǎn)供電，結(jié)點(diǎn)由嵌入式軟件系統(tǒng)支撐，運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)

2、的五層協(xié)議。1-8.傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括哪些部分?各部分的功能分別是什么?(1)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議：近似于傳統(tǒng)Internet網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議系統(tǒng)。它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成。(2)網(wǎng)絡(luò)管理平臺：主若是對傳感器結(jié)點(diǎn)自己的管理和用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理。包括拓?fù)淇刂?、服?wù)質(zhì)量管理、能量管理、安全管理、搬動管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。(3)應(yīng)用支撐平臺：建立在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)講和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的基礎(chǔ)之上。包括一系列基于監(jiān)測任務(wù)的應(yīng)用層軟件，經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口來為終端用戶供應(yīng)各種詳盡應(yīng)用的支持。1-9.傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)有哪些種類?分別說明各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。1）依照結(jié)點(diǎn)

3、數(shù)量的多少，傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以分為平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。若是網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較小，一般采用平面結(jié)構(gòu)；若是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，則必定采用分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2）平面結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)：平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)比較簡單，所有結(jié)點(diǎn)的地位同樣，所以又可以稱為同樣式結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間一般存在多條路徑，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷由這些路徑共同擔(dān)當(dāng)。一般情況下不存在瓶頸，網(wǎng)絡(luò)比較強(qiáng)壯。缺點(diǎn)：影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸速率，甚至造成網(wǎng)絡(luò)崩潰。整個(gè)系統(tǒng)宏觀上會耗費(fèi)巨大能量?？蓴U(kuò)大性差，需要大量控制信息。分級結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)：傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)簇，每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成。這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡(luò)。簇頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，簇成員只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集。優(yōu)

4、點(diǎn)：大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量，擁有很好的可擴(kuò)大性。簇頭可以隨時(shí)選舉產(chǎn)生，擁有很強(qiáng)的抗毀性。缺點(diǎn)：簇頭的能量耗資較大，很難進(jìn)人休眠狀態(tài)。1-13.談?wù)摕o線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)質(zhì)生活中有哪些潛藏的應(yīng)用。用在智能家具系統(tǒng)中，將傳感器嵌入家具和家電中，使其與執(zhí)行單元組成無線網(wǎng)絡(luò)，與因特網(wǎng)連接在一起。用在智能醫(yī)療中，將傳感器嵌入醫(yī)療設(shè)施中，使其能接入因特網(wǎng)，將患者數(shù)據(jù)傳達(dá)至醫(yī)生終端。用在只能交通中，運(yùn)用無線傳感器監(jiān)測路面、車流等情況。2-2.傳感器由哪些部分組成?各部分的功能是什么?2-5.集成傳感器的特點(diǎn)是什么?體積小、重量輕、功能強(qiáng)、性能好。2-7.傳感器的一般特點(diǎn)包括哪些指標(biāo)?矯捷度、響應(yīng)特點(diǎn)

5、、線性范圍、牢固性、重復(fù)性、漂移、精度、分辨（力）、遲滯。2-15.如何進(jìn)行傳感器的正確選型？測量對象與環(huán)境：解析被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件選擇何種原理的傳感器。矯捷度：選擇較高信噪比的傳感器，并選擇合適的矯捷度方向。頻率響應(yīng)特點(diǎn):依照信號的特點(diǎn)選擇相應(yīng)的傳感器響應(yīng)頻率，以及延時(shí)短的傳感器。線性范圍：傳感器種類確定后觀察其量程可否滿足要求，并且選擇誤差小的傳感器。牢固性：依照使用環(huán)境選擇何時(shí)的傳感器或采用合適的措施減小環(huán)境影響，盡量選擇牢固性好的傳感器。精度：選擇滿足要求的，相對低價(jià)的傳感器。2-17.簡述磁阻傳感器探測運(yùn)動車輛的原理。磁阻傳感器在探測磁場的通知探測獲得車輪速度、磁跡、車輛

6、出現(xiàn)和運(yùn)動方向等。使用磁性傳感器探測方向、角度或電流值，可以間接測定這些數(shù)值。由于這些屬性變量必定對相應(yīng)的磁場產(chǎn)生變化，一旦磁傳感器檢測出場強(qiáng)變化，則采用一些信號辦理方法，將傳感器信號變換成需要的參數(shù)值。3-2.無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為什么要進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)?調(diào)制有哪些方法?（1）調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的要點(diǎn)技術(shù)之一。調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影響。采用什么方法調(diào)制和解調(diào)經(jīng)常在很大程度上決定著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。調(diào)制技術(shù)經(jīng)過改變高頻載波的幅度、相位或頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化。解調(diào)是將基帶信號從載波中提取出來以便預(yù)定的接收者(信宿)辦理和理解的過程。（2）依照調(diào)制中采用的基帶

7、信號的種類?？梢詫⒄{(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。依照原始信號所控制參量的不同樣，調(diào)制分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。3-4.試描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層幀結(jié)構(gòu)。3-6.依照信道使用方式的不同樣。傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議可以分為哪幾各種類?時(shí)分復(fù)用無競爭接入方式、隨機(jī)競爭接入方式、競爭與固定分配相結(jié)合的接入方式。3-7.設(shè)計(jì)基于競爭的MAC協(xié)議的基本思想是什么？當(dāng)結(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)過競爭方式使用無線信道。若是發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了碰撞，就依照某種策略重發(fā)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送成功或放棄發(fā)送。3-8.試寫(畫）出CSMA/CA的基木接見體系。并說明隨機(jī)退避時(shí)間的計(jì)算方法。協(xié)議有哪兩種接見控制方式?每種方式

8、是如何工作的?（1）分布式協(xié)調(diào)功能（DCF）、點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF），期中DCF是基本接見控制方式。3-10.平時(shí)有哪些原因以致傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生無效能耗?悠閑偵聽、數(shù)據(jù)矛盾、串?dāng)_、控制開銷3-11.表達(dá)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)S-MAC協(xié)議的主要特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)體系。（1）S-MAC協(xié)議的適用條件是傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量不大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的辦理和交融以減少許據(jù)通信量，網(wǎng)絡(luò)能容忍必然程度的通信延緩。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是供應(yīng)優(yōu)異的擴(kuò)展性，減少結(jié)點(diǎn)能耗。2）周期性偵聽和睡眠體系、流量自適應(yīng)體系、矛盾和串音防備體系、信息傳達(dá)體系。3-12.簡述路由選擇的主要功能。1）搜尋源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑。2）將數(shù)據(jù)解析沿著

9、優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。3-14.常有的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議有哪些種類?并說明各各種類路由協(xié)議的主要特點(diǎn)。1）能量感知路由協(xié)議、基于盤問的路由協(xié)議、地理地址協(xié)議、可靠的路由協(xié)議。2）能量感知路由協(xié)議：從數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰亢馁Y出發(fā)，談?wù)撟钌倌芰亢馁Y和最長網(wǎng)絡(luò)生計(jì)期等問題?；诒P問的路由協(xié)議：主要用于需要不斷盤問傳感器結(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過減少通信流量來節(jié)約能量，即數(shù)據(jù)交融技術(shù)與路由協(xié)議的設(shè)計(jì)相結(jié)合。地理地址協(xié)議：主要應(yīng)用于需要知道目的結(jié)點(diǎn)的精確或大體地理地址的問題中，把結(jié)點(diǎn)的地址信息作為路由選擇的依照，從而完成結(jié)點(diǎn)的路由選擇功能，并且降低保護(hù)路由協(xié)議的能耗?？煽康穆酚蓞f(xié)議：應(yīng)用在對可靠性和實(shí)時(shí)性等方面有特別要

10、求的問題中。3-15.如何設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的定向擴(kuò)散路由協(xié)議?4-2.傳感器網(wǎng)絡(luò)常有的時(shí)間同步體系有哪些?RBS、Ting/Mini-Sync、TPSN4-3.簡述TPSN時(shí)間同步協(xié)議的設(shè)計(jì)過程。TPSN時(shí)間同步協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。所有結(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯分級。表示結(jié)點(diǎn)到根結(jié)點(diǎn)的距離，經(jīng)過基于發(fā)送者-接收者的結(jié)點(diǎn)對方式。每個(gè)結(jié)點(diǎn)與上一級的一個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步。從而最后所有結(jié)點(diǎn)都與根結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。TPSN協(xié)議包括兩個(gè)階段:第一個(gè)階段生成層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)賜予一個(gè)級別。根結(jié)點(diǎn)賜予最高等別第0級。第i級的結(jié)點(diǎn)最少可以與一個(gè)第(i-1)級的結(jié)點(diǎn)通信;第二個(gè)階段實(shí)現(xiàn)所有樹結(jié)點(diǎn)

11、的時(shí)間同步。第1級結(jié)點(diǎn)同步到根結(jié)點(diǎn)。第i級的結(jié)點(diǎn)同步到第(i-1)級的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，最后所有結(jié)點(diǎn)都同步到根結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。4-6.簡述以下看法術(shù)語的含義:錨點(diǎn)、測距、連接度、到達(dá)時(shí)間差、接收信號強(qiáng)度指示、視線關(guān)系。錨點(diǎn)：指經(jīng)過其他方式起初獲得地址坐標(biāo)的結(jié)點(diǎn)，有時(shí)也稱作信標(biāo)結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的其他結(jié)點(diǎn)稱為非錨點(diǎn)。測距：指兩個(gè)相互通信的結(jié)點(diǎn)經(jīng)過測量方式來估計(jì)出相互之間的距離或角度。連接度：包括結(jié)點(diǎn)連接度和網(wǎng)絡(luò)連接度兩種含義。結(jié)點(diǎn)連接度是指結(jié)點(diǎn)可探測發(fā)現(xiàn)的鄰居結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)連接度是所有結(jié)點(diǎn)的鄰結(jié)點(diǎn)數(shù)量的平均值，它反響了傳感器配置的密集程度。到達(dá)時(shí)間差：兩種不同樣流傳速度的信號從一個(gè)結(jié)點(diǎn)流傳到

12、另一個(gè)結(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間之差。接收信號強(qiáng)度指示：結(jié)點(diǎn)接收到無線信號的強(qiáng)度大小。視線關(guān)系：若是傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間沒有阻擋物，可以實(shí)現(xiàn)直接通信，則稱這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)問存在視線關(guān)系。4-9.RSSI測距的原理是什么?4-10.簡述ToA測距的原理。4-11.舉例說明TDoA的測距過程。4-12.舉例說明AoA測角的過程。4-13.試描述傳感器網(wǎng)絡(luò)多邊定位法的原理。4-14.簡述Min-max定位方法的原理。4-15.簡述質(zhì)心定位算法的原理及其特點(diǎn)。4-16.舉例說明DV-Hop算法的定位實(shí)現(xiàn)過程。4-17.什么是數(shù)據(jù)交融技術(shù)?它在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的主要作用是什么?1）數(shù)據(jù)交融也被稱作信息融，是一種多源信息

13、辦理技術(shù)。它經(jīng)過對來自同一目標(biāo)的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化合成，獲得比單一信息源更精確、完滿的估計(jì)或判斷。2）節(jié)約整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量增強(qiáng)所收集數(shù)據(jù)的正確性提高收集數(shù)據(jù)的效率4-18.簡述數(shù)據(jù)交融技術(shù)的不同樣分類方法及其種類。依照交融前后數(shù)據(jù)的信息含量進(jìn)行分類：無損失交融、有損失交融依照數(shù)據(jù)交融與應(yīng)用層數(shù)據(jù)語義的關(guān)系進(jìn)行分類：依賴于應(yīng)用的數(shù)據(jù)交融、獨(dú)立于應(yīng)用的數(shù)據(jù)交融、結(jié)合以上兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)交融依照交融操作的級別進(jìn)行分類：數(shù)據(jù)級交融、特點(diǎn)級交融、決策級交融4-19.什么是數(shù)據(jù)交融的綜合平均法?4-20.常有的數(shù)據(jù)交融方法有哪些?綜合平均法、卡爾曼濾波法、貝葉斯估計(jì)法、D-S憑據(jù)推理法、統(tǒng)計(jì)決策理論、模糊邏輯法

14、、產(chǎn)生式規(guī)則法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。4-21.無線通信的能量耗資與距離的關(guān)系是什么?它反響出傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖裁刺攸c(diǎn)?1）平時(shí)隨著通信距離的曾加，能耗急劇增加。2）在傳感器網(wǎng)絡(luò)中要減少單跳通信距離，盡量使用多跳短距離的無線通信方式。4-22.簡述節(jié)能策略休眠體系的實(shí)現(xiàn)思想。當(dāng)結(jié)點(diǎn)周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時(shí)，計(jì)算與通信單元處十悠閑狀態(tài)，把這些組件關(guān)鐘或調(diào)到更低能耗的狀態(tài)，即休眠狀態(tài)。該體系對于延長傳感器結(jié)點(diǎn)的生計(jì)周期特別重要。但休眠狀態(tài)與工作狀態(tài)的變換需要耗資必然的能量。并且產(chǎn)生時(shí)延。所以狀態(tài)變換策略對于休眠體系比較重要。若是狀態(tài)變換策略不合適，不但無法節(jié)能，反而會以致能耗的增加。4-23.簡述傳

15、感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)各單元能量耗資的特點(diǎn)傳感器結(jié)點(diǎn)中耗資能量的模塊有傳感器模塊、辦理器模塊和通信模塊。隨著集成電路工藝的進(jìn)步。辦理器和傳感器模塊的功耗都很低。無線通信模塊可以處于發(fā)送、接收、悠閑或睡眠狀態(tài)。悠閑狀態(tài)就是偵聽無線信道上的信息，但不發(fā)送或接收。睡眠狀態(tài)就是無線通信模塊處于不工作狀態(tài)。4-24.動向電源管理的工作原理是什么?當(dāng)結(jié)點(diǎn)周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時(shí)，部分模塊處于悠閑狀態(tài)。應(yīng)該把這些組件關(guān)掉或調(diào)到更低能耗的狀態(tài)(即休眠狀態(tài))。從而節(jié)約能量。4-25.傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性需求包括哪些內(nèi)容?結(jié)點(diǎn)的安全保證、被動抵擋入侵的能力、主動反擊入侵的能力。4-26.什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息安全?4-27

16、.簡述在傳感器網(wǎng)絡(luò)中推行Wormhole攻擊的原理過程4-28.SPINS安全協(xié)議簇能供應(yīng)哪些功能?SPINS安個(gè)協(xié)議簇是最早的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全框架之一。包括了SNEP和TESLA兩個(gè)安全協(xié)議。SNEP協(xié)議供應(yīng)點(diǎn)到點(diǎn)通信認(rèn)證、數(shù)據(jù)機(jī)密性、完滿性和新鮮性等安全服務(wù)；TESLA協(xié)議則供應(yīng)對廣播信息的數(shù)據(jù)認(rèn)證服務(wù)。6-3.低速無線個(gè)域網(wǎng)擁有哪些特點(diǎn)?低速無線個(gè)域網(wǎng)是一種結(jié)構(gòu)簡單、成本廉價(jià)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，它使得在低電能和低吞吐量的應(yīng)用環(huán)境中使用無線連接成為可能。與無線局域網(wǎng)對照。低速無線個(gè)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)只需很少的基礎(chǔ)設(shè)施。甚至不需要基礎(chǔ)設(shè)施。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為低速無線個(gè)域網(wǎng)擬定了物理層和MA

17、C子層協(xié)議。6-7.簡述ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸速率低。數(shù)據(jù)率只有l(wèi)okb/s250kb/s，專注十低速傳輸應(yīng)用。有效范圍小。有效似蓋范圍1075m之間，詳盡依如實(shí)質(zhì)發(fā)射功率的大小和各種不同樣的應(yīng)用模式而定。工作頻段靈便。使用的頻段分別為2.4GHz,868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為無需申請的ISM頻段。(4)省電。由于工作周期很短。收發(fā)信息功耗較低，以及采用了休眠模式，ZigBee可保證兩節(jié)5號電池支持長達(dá)6個(gè)月至2年左右的使用時(shí)間，自然不同樣應(yīng)用的功耗有所不同樣?？煽俊２捎门鲎卜纻潴w系。并為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)隙，防備了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和矛盾。MAC層采用完滿確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸體系。每個(gè)發(fā)送的