無線傳感器網(wǎng)絡原理及方法復習題

簡述無線網(wǎng)絡介質(zhì)訪問掌握方法CSMA/CA的工作原理CSMA/CA當某個站點〔源站點〕DIFS時間內(nèi)始終空閑，則發(fā)送這個數(shù)據(jù)幀。發(fā)送完畢后，源站點等待接收ACK確認幀。假設(shè)目的站SIFSACK確認幀。假設(shè)源站點在規(guī)定的時間內(nèi)接收到ACK確認幀，則說明沒有發(fā)生沖突，這一幀發(fā)送成功。否則執(zhí)行退避算法。802.11無線LAN802.11規(guī)定每個遵從該標準的無線局域網(wǎng)必需供給9種效勞，這些效勞分為兩類，54〔cell〕AP5APAPPCF效勞和功率治理需求等。AP可以承受或拒絕移動站點的參加。假設(shè)移動站點被承受，它必需證明它自己的身份。⑵解除關(guān)聯(lián)。無論是AP⑶重建關(guān)聯(lián)。站點可以使用該效勞來轉(zhuǎn)變它的首選AP。⑷分發(fā)。該效勞打算如何將發(fā)送到APAP幀可以被直接發(fā)送出去，否則必需通過有線網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)。802.11〔具有不同的編址方案或幀格式〕802.114⑴身份認證。當移動站點與APAP看它是否知道以前安排給它的密鑰；移動站點用自己所知道的密鑰加密質(zhì)詢幀，然后發(fā)回給AP，就可以證明它是知道密鑰的；假設(shè)AP被正式參加到單元中。⑵解除認證。一個以前經(jīng)過認證的站想要離開網(wǎng)絡時，需要解除認證。⑶保密。處理加密和解密，加密算法為RC4。⑷數(shù)據(jù)傳遞。供給了一種數(shù)據(jù)傳送和接收方法簡述無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)工作過程無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡，目的是協(xié)作地采集、處理和傳輸網(wǎng)絡掩蓋地域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶為什么無線傳感器網(wǎng)絡需要時間同步，簡述RBS、TPSN時間同步算法工作原理？差，RBS同步協(xié)議的根本思想是多個節(jié)點接收同一個同步信號，然后多個收到同步信號的節(jié)點缺點是協(xié)議開銷大TPSN協(xié)議承受層次型網(wǎng)絡構(gòu)造，首先將全部節(jié)點依據(jù)層次構(gòu)造進展分級，然后每個節(jié)點與上一級的一個節(jié)點進展時間同步，最終全部節(jié)點都與根節(jié)點時間同步。為什么無線傳感器網(wǎng)絡需要節(jié)點定位，簡述基于距離的定位算法三邊測量算法、三角測量算法的工作原理？自身的位置，并在通信和協(xié)作過程中利用位置信息完成應用要求。假設(shè)沒有位置信息，傳感器節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)幾乎是沒有應用價值的。所以，在無線傳感器網(wǎng)絡的應用中，節(jié)點的定位成為關(guān)鍵的問題。基于距離的定位算法：通過測量節(jié)點與信標節(jié)點間的實際距離或方位進展定位三邊測量算法：A、B、CDD坐標三角測量算法：A、B、CD相對于節(jié)點A、B、CD無線傳感器網(wǎng)絡體系構(gòu)造包括哪些局部，各局部的功能分別是什么？無線傳感器網(wǎng)絡體系構(gòu)造包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層和能量治理方式協(xié)同工作，在節(jié)點移動的傳感器網(wǎng)絡中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務和資源共享。簡述基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡架構(gòu)?說明節(jié)點設(shè)備類型的不同與功能？ZigBeeChipcon公司生產(chǎn)的2.4GHz單芯片CC2430。該單芯片上整合了ZigBeeRF。ZigBee協(xié)調(diào)器的作用在于啟動網(wǎng)絡初始化、組織網(wǎng)絡節(jié)點和存儲各節(jié)點信息。路由器設(shè)備的作用是治理每對節(jié)點的路由信息。終端設(shè)備相當于網(wǎng)絡中的葉節(jié)點，可以是任意類型的物理設(shè)備。簡述無線傳感器應用的開發(fā)過程，系統(tǒng)仿真常用哪些軟件平臺？開發(fā)過程傳感器網(wǎng)絡應用過程中的閱歷，整個開發(fā)過程分為分析、設(shè)計、實現(xiàn)和測試四個階段分析階段:整個開發(fā)過程始于分析階段，這個階段顯示系統(tǒng)應當做什么。指出系統(tǒng)要實現(xiàn)的定義，在此根底上分析員要能夠準確地定義系統(tǒng)的需求。設(shè)計階段:依據(jù)系統(tǒng)需求，設(shè)計選用適合目標系統(tǒng)的硬件平臺、軟件系統(tǒng)等。使用模塊化的用戶需求。實現(xiàn)階段:完成系統(tǒng)軟硬件平臺的定制和創(chuàng)立實際的程序。依據(jù)目標系統(tǒng)的設(shè)計和需求，WSN要的局部，以節(jié)約有限的空間，提高系統(tǒng)運行效率。測試階段:將編譯成功的應用程序?qū)斯?jié)點進展測試。目前無線傳感器網(wǎng)絡使用的仿真工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等等。其中TinyOSNS2:NS是一種可擴展、以配置和可編程的時間驅(qū)動的仿真工具,它是由REAL仿真器進展而來.在NSC++和OTCL兩種程序設(shè)計語言,C++是一種相對運行速度較快但是轉(zhuǎn)換比較慢的語言，所以C++語言被用來實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議,編寫NS底層的仿真引擎;OTCLC+OTCL用來配置仿真中各種參數(shù),建立仿真的整體構(gòu)造,OTCL的腳本通過調(diào)用引擎中各類屬性、仿真結(jié)果,還可以對結(jié)果進展相應的統(tǒng)計處理或制圖.NS可以供給有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡中鏈NS中的很多協(xié)議都和真實代碼格外接近,其真實性和牢靠性是格外高的OPNET主要特點包括以下幾個方面:(1)承受面對對象的技術(shù),對象的屬性可以任意配置,每一對象屬于相應行為和功能的類,可以通過定義的類來滿足不同的系統(tǒng)要求；(2)OPNET(3)OPNET化界面建模,為使用者供給三層(網(wǎng)絡層、節(jié)點層、進程層)建模機制來描述現(xiàn)實的系統(tǒng)；OPNET在過程層次中使用有限狀態(tài)機來對其它協(xié)議和過程進展建模,用戶模型及OPNETC(5)OPNET建了很多性能分析器,它會自動采集模擬過程的結(jié)果數(shù)據(jù)；(6)OPNET幾乎預定義了全部常用的業(yè)務模型,如均勻分布、泊松分布等TinyOS是特地針對傳感器研發(fā)出的操作系統(tǒng)。使用的語言為nesC語言。TinyOSTOSSIMAvroraTOSSIM(TinyOSsimulation)是一個支持基于TinyOSPC器.TOSSIMTinyOS生成仿真程序。Avrora是一種特地為AtmelMica2節(jié)點上以AVR真分析的工具。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(shè)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)議和能量感知路由協(xié)議現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議設(shè)計以節(jié)能、延長網(wǎng)絡生命周期為主要目的。QoS路由。目前傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的爭論重點主要集中在能量效率上,而在將來的爭論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。WSNs路由協(xié)議對網(wǎng)絡的拓撲感知力量和移動性的支持比較差,如何在掌握協(xié)議開銷的前提下,支持快速拓撲感知是一個重要挑戰(zhàn)。WSNs的固有特性,其路由協(xié)議極易受到安全威逼,是網(wǎng)絡攻擊的主要目標,設(shè)計簡潔、有效、適用于WSNs的安全機制是今后努力的方向。有效功耗。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)傳輸中承受過濾機制來削減通信量,并通過讓各節(jié)點平均消耗能量來保持通信量的負載均衡。WSNs節(jié)點簡潔發(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,以確保在路由消滅故障時能夠盡快得到恢復,可承受多路徑傳輸來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦慰啃詿o線傳感器網(wǎng)絡常用操作系統(tǒng)有哪些？各有哪些特點？WSN(WSNOSWSN系統(tǒng)的根本軟件環(huán)境，是許很多多的WSN。WSNOS不是特定的系統(tǒng)/用戶界面，也不是特定的一系列系統(tǒng)效勞，而是定義了一套通性，同時允許應用程序重用通用的軟件效勞和抽象。同其他操作系統(tǒng)一樣，WSNOS是為了便利受限〔處理器速度、存儲器大小、內(nèi)存大小、通訊帶寬、資源數(shù)量以及電源受限，設(shè)備特別性和缺乏全都的抽象層次。因此，WSNOS的設(shè)計策略必需是一個資源庫，從中抽取一局部組成應用。它致力于供給有限資源的并發(fā)，而不是供給接口或形式。伯克利開發(fā)的TinyOS正是這樣一套WSNOSTinyOS2.0：美國加州大學伯克利分校開發(fā)，大事驅(qū)動，基于組件，使用nesCnesC:使用CC〔component〕和接口〔interface〕的關(guān)鍵字定義，定義了接口及如何使用接口表達組件之間關(guān)系的方法，目前只支持組件的靜態(tài)連接，不能實現(xiàn)動態(tài)連接和配置MantisOS0.9.5(MultimodalNetworksofIn-situSensors)美國克羅拉多大學c內(nèi)核占用的RAM500〔例如加密解密，數(shù)據(jù)融合，定位，時間同步等〕的需求SOS1.7：美國加州大學洛杉磯分校開發(fā)，供給了很好的動態(tài)增加和刪除模塊的功能，CWSNAd-hocWSNWSN是AdhocWSN與傳統(tǒng)的Adhoc1、WSN節(jié)點數(shù)量更為浩大，分布更為密集；2、WSN節(jié)點更簡潔失效，網(wǎng)絡拓撲變化頻繁；3、WSNAdhoc4、WSN的動力能源、運算力量、存儲器大小均受局限；5、WSN不必擁有全球統(tǒng)一標識符；6、WSN正是由于WSNAdhocAdhoc能適用于WSN，也導致兩者的應用存在著顯著差異。Adhoc特點，使得它的應用領(lǐng)域與一般的通信網(wǎng)絡有著格外大的區(qū)分。傳感器節(jié)點的組成和特點。構(gòu)造：節(jié)點可以組成三種拓樸構(gòu)造：星型構(gòu)造、網(wǎng)狀構(gòu)造(Mesh)和簇狀構(gòu)造(Clustertree)。節(jié)點以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡、每個節(jié)點都可以自主采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過單跳方式或多跳中繼方式送到會聚節(jié)點(Sink節(jié)點)。會聚節(jié)點將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程的掌握中心，或通過RS232PC機進展數(shù)據(jù)處理和存儲。特點：(1)網(wǎng)絡節(jié)點密度高，數(shù)量大；(2)節(jié)點的計算和存儲力量有限；(3)節(jié)點體積微小，通常攜帶能量格外有限的電池，節(jié)點能量有限；(4)通信力量有限，傳感器網(wǎng)絡的下如何設(shè)計網(wǎng)絡通信機制以滿足傳感器網(wǎng)絡的通信是必需考慮的問題；(5)各傳感器節(jié)點位置隨機分布，具有自組織特性。S-MAC基于競爭的隨機訪問MAC協(xié)議是載波偵聽多路訪問(CSMAIEEE802.11MAC協(xié)議的分布式協(xié)調(diào)工作模式中，就承受了帶沖突避開的載波偵聽多路訪問(CSMAwithCollisionAvoidance，CSMA/CA)協(xié)議，它是基于競爭的無線網(wǎng)絡MAC典型代表。CSMA/CA時間后重檢測信道。這種介質(zhì)訪問掌握層的方案簡化了實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡應用的過程。MAC在802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中，沖突的檢測存在肯定的問題，這個問題稱為“Near/Far“在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。鑒于這個差異，在802.11中對CSMA/CD進展了一些調(diào)整，承受了的協(xié)議CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)或者DCF(DistributedCoordinationFunction)。CSMA/CAACKACK信號后才確認送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達目的地址。目前無線傳感器網(wǎng)絡承受的主要傳輸介質(zhì)有哪些？各有何特點？目前無線傳感器網(wǎng)絡承受的主要傳輸介質(zhì)包括無線電、紅外線和光波等。無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無線通信。依據(jù)波長的不同，電磁波分為無線電波、微波、紅外線、毫米波和光波等，其中無線電波在無線網(wǎng)絡中使用最廣泛。無線電波是簡潔產(chǎn)生，可以傳播很遠，可以穿過建筑物，因而被廣泛地用于室內(nèi)以放射方和接收方的裝置在位置上不必要求很準確的對準。什么是meshmeshmesh網(wǎng)絡，由meshroutersmeshclients組成，其中meshroutersinternetmeshclients供給多跳的無線internet連接。無線Mesh網(wǎng)絡〔也稱為“多跳multi-ho完全不同的型無線網(wǎng)絡技術(shù)。特點：1.快速部署和易于安裝。2.非視距傳輸(NLOS)。強健性。構(gòu)造敏捷。高帶寬。什么是調(diào)制技術(shù)？為什么WSN物理層要進展調(diào)制機制設(shè)計？制數(shù)字信號”或?qū)廨d波進展通斷調(diào)制，并進展脈沖編碼PCM。數(shù)字調(diào)制它的缺點是需要較寬的頻帶，設(shè)備也簡單。調(diào)制技術(shù)的最終目的就是使得調(diào)制以后的信號對干擾有較強的抵抗作用，同時對相鄰的信道信號干擾較小，解調(diào)便利且易于集成。BPSK、O-QPSKBPSKBinaryPhaseShiftKeying。把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)值的轉(zhuǎn)換方式之一。是利用偏離相位的復數(shù)波浪組合來表現(xiàn)信息鍵控移相方式的一種。BPSK使用了基準的正弦波和相位反轉(zhuǎn)的波浪，使一方為0，另一方為1，從而可以同時傳送承受2(14QPSK88PSK。O-QPSoffsetQPS，也就是相對移相方式OQPSK。它具有一系列獨特的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用于無線通信中，成為現(xiàn)代通信中一種格外重要的調(diào)制解調(diào)方式。在數(shù)字信號的調(diào)制方式中QPSK四相移鍵控是最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現(xiàn)也較為簡潔。什么是貪欲〔貪心〕算法？〔又稱貪欲算法心算法不是對全部問題都能得到整體最優(yōu)解體最優(yōu)解或者是整體最優(yōu)解的近似解。貪欲算法〔Greedyalgorithm〕是一種對某些求最優(yōu)解問題的更簡潔、更快速的設(shè)計技不肯定是最優(yōu)的，所以貪欲法不要回溯。個輸入和當前已構(gòu)成在這種量度意義下的局部最正確解加在一起不能產(chǎn)生一個可行解貪欲算法。是使用貪欲算法的核心。GPSR傳送模式：貪欲轉(zhuǎn)發(fā)模式和周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式。點“，假設(shè)某個鄰節(jié)點與網(wǎng)關(guān)接點的距離小于自身到網(wǎng)關(guān)的距離，則保持當前模式，同置為就轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)模式為周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式：該模式使用簡潔的平坦圖遍歷算法)其執(zhí)行的過程如圖,所示)實際上，“#$%$&/節(jié)點%的面上依據(jù)右手法則將該數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)到該面的第一條邊上用于轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)分組的第一個面，這樣的面被節(jié)點(到節(jié)點%的連線(%所分割!當一個數(shù)據(jù)分組進入到周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式時，“#$%$&會記錄下模式切換點$在數(shù)據(jù)分組中!保存$)位置信息的目的是為了在后面的轉(zhuǎn)發(fā)過程中推斷數(shù)據(jù)分組是否可恢復為貪欲轉(zhuǎn)發(fā)模式!一旦某一節(jié)點收到了周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式的數(shù)據(jù)分組，“#$%$&首先會對保存在數(shù)據(jù)分組中的位置信息$節(jié)點%的歐氏距離比$“#$%$&標志該數(shù)據(jù)分組為貪欲轉(zhuǎn)發(fā)組什么路由空洞？如何產(chǎn)生的？怎樣解決？使用貪欲轉(zhuǎn)發(fā)策略會消滅所謂路由空洞缺欠。如圖1所示 S為源節(jié)點 D為目的節(jié)點 I、J是以T為圓心 T的感應半徑為半徑的圓和以D為圓心 TD為半徑的圓的兩個交點在這里我們稱兩個圓的交點為路由空洞的頂點依據(jù)貪欲算法思想從S選擇離D最近的鄰居A為下一跳同理A選擇T為下一跳。但是T的全部鄰居都比自己到D的距離遠 影所示要解決空洞現(xiàn)象，可以使用周邊轉(zhuǎn)發(fā)機制。說明MECNTBFMECNMECN協(xié)議為每個節(jié)點設(shè)置了轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域。轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域可以表示為一組節(jié)點集，發(fā)送節(jié)點能量比較少。MECN的主要思想是構(gòu)建子網(wǎng)，要求子網(wǎng)內(nèi)部所含節(jié)點數(shù)目比較少并且任意兩個節(jié)點之達目的節(jié)點的最小能量消耗MECN2的構(gòu)建由節(jié)點內(nèi)部的本地計算來完成。BelmanFondMECN具有自動重配置的特點，因此可以動態(tài)的適應節(jié)點的失效和網(wǎng)絡的分布。但該協(xié)議是在假定網(wǎng)絡內(nèi)每2個節(jié)點都可以直接通信，即網(wǎng)絡是在充分連接的前提下提出的，這在實際環(huán)境中不簡潔作到。盡管MECN協(xié)議最初是為無線自組網(wǎng)設(shè)計的，但該協(xié)議同樣使用于節(jié)點固定或者較少移動的無線長期網(wǎng)絡TBFTBF〔TemporaryBlockFlow〕是指兩個無線資源實體所使用的一個物理連接，以到達PDCHLLCPDUTBFTBF不同于GPRS協(xié)議。通信中的TBF----TemporaryBlockFlow臨時塊流；工業(yè)中的TBFThermalBondingFilm熱熔膠膜該協(xié)議主要有以下幾個特點：可利用GPRS協(xié)議的方法或其他方法避開空洞；通過指定不同的軌道參數(shù),簡潔實現(xiàn)多路徑傳播、播送、對特定區(qū)域的播送和多播；允許網(wǎng)絡拓撲變化,可避開