《无线传感器网络》试题.

1、精选文档 无线传感器网络试题 一、 填空题（每题 4 分，共计 60 分） 1、传感器网络的三个基本要素： 传感器，感知对象，观察者 2、传感器网络的基本功能： 协作地感知、采集、处理和发布感知信息 3、无线传感器节点的基本功能： 采集、处理、控制和通信等 4、传感器网络常见的时间同步机制有： 5、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 6 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 7 、定向扩散路由机制可以分为三个阶段 ：周期性的兴趣扩散、梯度建立和路 径加强 8 、无线传感器网络特点： 大规模网络、自

2、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 9 、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 10 、IEEE 802.15.4 标准主要包括：物理层和 MAC 层的标准 11 、简述无线传感器网络 后台管理软件结构与组成： 后台管理软件通常由数据 库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。 12 、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 13 、无线传感器网络可以选择的频段有 ：868MHZ 、915MHZ 、2.4GHZ 5GHZ 14、传

3、感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合等， 15、 传感器网络的安全问题：（1）机密性问题。（2）点到点的消息认证问题。 完整性鉴别问题。 16、802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为28 s 、点协调功能帧间间隔PIFS长度是SIFS加一个时隙（slot）长度，即78 s 分布协调功能帧间间隔 DIFS，DIFS长度=PIFS +1个时隙长度，DIFS的长 度为128 s 17、任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如口： 1、6、11频道。 18、802.11网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容包括 了 ：接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权

4、限等 19、 传感器是将外界信号转换为电信号的装置，传感器一般由敏感元件、转换 元件、转换电路三部分组成 20、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 二、基本概念解释（每题5分，共40分） 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，

5、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、802.11 无线 LAN 提供的服务有哪些？ ? 802.11 规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供 9 种服务，这些服务分为两类， 5 种分布式服务 和 4 种 站服务 。 分布式服务 涉及到对单元（ cell ）的成员关系的管理，并且会与其它单元中的站 点进行交互。 由 AP 提供的 5 种服务将移动节点与 AP 关联起来，或者将它们与 AP 解除 关联。 ? 建立关联 ：当移动站点进入一个新的单元后， 立即通告它的身份与能力。 能力包 括支持的数据速率、 需要 PCF 服务和功率管理需求等。 AP 可以接受或拒绝移动站 点

6、的加入。如果移动站点被接受，它必须证明它自己的身份。 ? 解除关联 。无论是 AP 还是站点都可以主动解除关联，从而中止它们之间的关系 ? 重建关联 。站点可以使用该服务来改变它的首选 AP 。 ? 分发 。该服务决定如何将发送到 AP 的帧发送出去。 如果目的站在同一个 AP 下， 帧可以被直接发送出去，否则必须通过有线网络转发。 ? 集成 。如果一个帧需要通过一个非 802.11 网络（具有不同的编址方案或帧格式） 传输，该服务可将 802.11 格式转换成目的网络要求的格式 站服务 4 种站服务用于管理单元内的活动。 ? 身份认证 。当移动站点与 AP 建立了关联后， AP 会向移动站点

7、发送一个质询帧， 看它是否知道以前分配给它的密钥；移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧，然 后发回给 AP ，就可以证明它是知道密钥的；如果 AP 检验正确，则该移动站点就 会被正式加入到单元中。 ? 解除认证 。一个以前经过认证的站想要离开网络时，需要解除认证。 ? 保密。处理加密和解密，加密算法为RC4。 数据传递。提供了一种数据传送和接收方法 3. 简述无线传感器网络系统工作过程，传感器节点的组成及其功能是什么 无线传感器网络（WSN）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，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象 的监测信息，并报告给用户 2. 为什么

8、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、为什么无线传感器网络需要节点

9、定位，简述基于距离的定位算法三边测量 算法、三角测量算法的工作原理？ 传感器节点的自身定位是传感器网络应用的基础。许多应用都要求网络节点预先知道自身 的位置，并在通信和协作过程中利用位置信息完成应用要求。若没有位置信息，传感器节 点所采集的数据几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的应用中，节点的定位 成为关键的问题。 通过测量节点与信标节点间的实际距离或方位进行定位 三边测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点 D的距离，确定节点 D 的坐标 三角测量算法： 已知 A、 B、 C 三个节点的坐标，节点 D 相对于节点 A、 B、 C 的角度， 确定节点 D 的坐标； 3.

10、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。 5.简述基于 ZigBee 无线传感器网络架构， ?说明节点设备类型的不同与功能？ 基于 ZigBee 无线传感器网络 节点的核心部件采用 Chipcon 公司生产的 2.4GHz 射频系 统单芯片 CC2430 。该单芯片上整合了 ZigBee RF 前端、内存和微控制器等。其结构框图 如图所示。

11、 可编辑 无钱爼网 xlz Flash 8051 .L I J MAC层 MCU Zigee 协议层 ADC PIO 图3 CC24S0 ZigBee芯片结构 ZigBee的逻辑设备按其功能可分为协调器、路由器和终端设备。 协调器的作用在于启动网络初始化、组织网络节点和存储各节点信息。 路由器设备的作用是管理每对节点的路由信息。 终端设备相当于网络中的叶节点，可以是任意类型的物理设备。 6. 简述无线传感器应用的开发过程，系统仿真常用哪些软件平台？ 开发过程 依据软件工程的思想，结合无线传感器网络及嵌入式系统开发的特征，总结在开发无线传感器网络应 用过程中的经验，整个开发过程分为分析、设计、实

12、现和测试四个阶段 分析阶段：整个开发过程始于分析阶段，这个阶段显示系统应该做什么。指出系统要实现 的目标，在分析阶段，要分析具体的应用背景及用户或用户代表对系统的期望，并给出明确 的定义，在此基础上分析员要能够准确地定义系统的需求。 设计阶段：依据系统需求，设计选用适合目标系统的硬件平台、软件系统等。使用模块化 原则，使用结构图将系统应用程序先划分为较小的部分，以便能够容易理解和处理。在模块 划分的过程中，要尽量达到模块间的松散藕合，以提高可重用性， 使维护修改更容易， 实现 新的用户需求。 根据目标系统的设计和需求, 实现阶段：完成系统软硬件平台的定制和创建实际的程序。定制传感器节点的功能，

13、并对 WSN 操作系统 (软件平台 )进行裁减，剔除开发目标系统所不 需要的部分，以节省有限的空间，提高系统运行效率。 测试阶段 : 将编译成功的应用程序导人节点进行测试。 (WSN 应用 ,包括操作系统和网络协议栈 ,能够仿真数量众多的节点 ,能够观察由不可预测 的干扰和噪声引起的难以琢磨的节点间的相互作用,获取节点间详细的细节 , 从而提高节点投 放后的网络成功率 ,减少投放后的网络维护工作。目前 无线传感器 网络使用的仿真工具主要 有 NS2 、 TinyOS 、 OPNET 、 OMNET+ 等等。 其中 TinyOS 是专门针对 无线传感器 网络的 特点而研究开发的。 NS2:NS

14、是一种可扩展、以配置和可编程的时间驱动的仿真工具,它是由 REAL 仿真器发 展而来 .在 NS 的设计中 ,使用 C+ 和 OTCL 两种程序设计语言 , C+ 是一种相对运行速度较 快但是转换比较慢的语言，所以 C+ 语言被用来实现网络协议 , 编写 NS 底层的仿真引 擎; OTCL 是运行速度较慢 ,但可以快速转换的脚本语言 ,正好和 C+ 互补 ,所以 OTCL 语言被 用来配置仿真中各种参数 ,建立仿真的整体结构 , OTCL 的脚本通过调用引擎中各类属性、方 法,定义网络的拓扑 ,配置源节点、 目的节点建立链接 ,产生所有事件的时间表 ,运行并跟踪仿真 结果 ,还可以对结果进行相

15、应的统计处理或制图.NS 可以提供有线网络、 无线网络中链路层 及其上层精确到数据包的一系列行为仿真。 NS 中的许多协议都和真实代码十分接近 ,其真实 性和可靠性是非常高的 OPNET 主要特点包括以下几个方面 :(1)采用面向对象的技术 ,对象的属性可以任意配 置 ,每一对象属于相应行为和功能的类, 可以通过定义新的类来满足不同的系统要 求； (2)OPNET 提供了各种通信网络和信息系统的处理构件和模块；(3) OPNET 采用 ,用户模型 图形化界面建模 ,为使用者提供三层 (网络层、节点层、进程层 )建模机制来描述现实的系 统；(4) OPNET 在过程层次中使用有限状态机来对其它协

16、议和过程进行建模 及 OPNET 内置模型将会自动生成 C 语言实现可执行的高效、高离散事件的模拟流程； (5) OPNET 内建了很多性能分析器 ,它会自动采集模拟过程的结果数据； (6)OPNET 几 乎预定义了所有常用的业务模型 ,如均匀分布、泊松分布等 TinyOS 是专门针对 传感器研发出的操作系统。使用的语言为 nesC 语言。 TinyOS 操作系统中常用的仿真平台主要是 TOSSIM 和 Avrora (1)TOSSIM(TinyOS simulation) 是一个支持基于 TinyOS 的应用在 PC 机上运 行的模拟器 .TOSSIM 运行和 传感器硬件相同的代码 ,仿真编

17、译器能直接从 TinyOS 应用的 组件表中编译生成仿真程序。 ( 2) Avrora 是一种专门为 Atmel 和 Mica2 节点上以 AVR 单片机语言编写的程 序提供仿真分析的工具。 7. 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。 (

18、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

19、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 8. 无线传感器网络常用操作系统有哪些？各有哪些特点？ WSN 的操作系统 (WSNOS) 是 WSN 系统的基本软件环境， 是许许多多的 WSN 应用软件 开 发的基础。 WSNOS 不是特定的系统 / 用户界面，也不是特定的一系列系统服务，而是定义 了一套通用的界面框架， 允许应用程序选择服务和实现； 它提供框架的 模块化 ，以便适应硬 件的多样性， 同时允许应用程序重用通用的软件服务和抽象。 同其他操作系统一样， WSNOS 是为了方便开发应用，提供物理设备的抽象和高协调性的通用函数实现。它的独特性在于， 资源极端