无线传感器网络题

1、无线传感器网络一、填空题(每题4分，共计40分)1. 传感器网络得三个基本要素： 传感器、感知对象、用户(观察者 ) 传感器网络得基本功能 : 协作式得感知、数据采集、数据处理、发布感知信息 无线传感器节点得基本功能 : 采集数据、数据处理、控制、通信2. 常见得同步机制： RBS(Refer en ce Br oadcast Syn chr oniz a ti o n) ,Tin g/Mi ni-S yn c 与TP SN(Ti m ing- s ync Protocolfor Sen so r Network s )3. 无线通信物理层得主要技术包括： 介质选择、频段选取、调制技术、扩频技

2、术4. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段 : 兴趣扩散阶段、梯度建立阶段、数据传播阶段、 路径加强阶段5. 无线传感器网络特点： 大规模网络、自组织网络、可靠得网络、以数据为中心得网络、 应用相关得网络无线传感器网络得关键技术主要包括： 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6. I EEE 802、15、4标准主要包括：物理层、介质访问控制层7. 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、图形用户界面与后台组件 四个部分组成8. 数据融合得内容主要包括 ： 多传感器得目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况

3、评估与 预测9. 无线传感器网络可以选择得频段有：868M缶 、9 15MHz 2、4GHz 5GHz10. 传感器网络得电源节能方法 ： 休眠(技术 )机制、数据融合11. 传感器网络得安全问题 ： (1) 机密性问题 (2 ) 点到点得消息认证问题 (3) 完整 性鉴别问题12. 基于竞争得M AC协议S-MAC协议T-MAC协议Si f t协议13. 传感器节点由 传感器模块、处理器模块、无线通信模块与能量供应模块 四部分组成14. 故障修复得方法 基于连接得修复 基于覆盖得修复15. 基于查询得路由 定向扩散路由 谣传路由二、问答题 (每题10分,共计60分)1. 简述无线传感器网络系

4、统工作过程 ,传感器节点得组成与功能。无线传感器网络(WSN就是大量得静止或移动得传感器以自组织与多跳得方式构成 得无线网络 , 目得就是协作地采集、处理与传输网络覆盖地域内感知对象得监测信息,并报告给用户。传感器节点由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件与软件这几部分 构成。电源为传感器提供正常工作所必需得能源。 感知部件用于感知、 获取外界得信息， 并将其转换为数字信号。处理部件负责协调节点各部分得工作, 如对感知部件获取得信息进行必要得处理、保存 , 控制感知部件与电源得工作模式等。通信部件负责与其她传 感器或用户得通信。软件为传感器提供必要得软件支持 , 如嵌入式操作系统、嵌

5、入式数 据库系统等。2. GPSR协议数据转发模式有哪些？区别就是什么？GPSR (Gr ee dy P erime t er St ateless Ro uting)路由协议就是贪婪算法(Gr ee dy) 与图形算法得结合 , 它不需要维护路由表，就是一种无状态得路由协议。G PSR协议具有贪婪转发(Greed y Fo r warding)与周 界转发(P e r i m eters Forwarding )两种分组转发方式。(1 )贪婪转发算法贪婪转发算法就是一种基于地理信息得路由算法。贪婪转发算法得前提就是每个分组都已包含其目得节点位置或目标区域位置，每个节点都已知自己及自接邻节点得

6、位置。?贪婪转发算法总就是朝距离目得节点最近得邻节点转发分组，如图7-1 4所示。(2) 周界转发如图7- 15 所示,采用周界转发方式时,通常采用右手规则确定转发得路径。图7-1 6给出了右手规则得基本原理。当一个数据分组从节点x到达节点y时，它经过下一边时以y为顶点,沿(y,x )逆时针方向上得第一条链路 ,如图所示得为(y, Z),后续得同样依 照此规则来确定，直到数据到达目得节点为止。GPSI路由协议同时采用了贪婪算法与周界转发来对数据分组进行传送。在完整得拓扑 图中采用贪婪转发，当贪婪转发找不到下一跳节点时，则在平面图中采用周界转发决定数据 分组得下一跳。图7-16右手规则3. 无线

7、传感器网络得路由协议有哪些类型？路由协议得设计要求？协议主要分为四类：基于聚簇得路由协议、以数据为中心路由协议、基于地理位置 路由协议与能量感知路由协议现有得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得。(1) Q。S路由。目前传感器网络路由协议得研究重点主要集中在能量效率上，而在未来得研究中可能还需要解决由视频与成像传感器以及实时应用引起得Q。S问题。(2) 支持移动性。目前得 WNs路由协议对网络得拓扑感知能力与移动性得支持比较 差,如何在控制协议开销得前提下 ，支持快速拓扑感知就是一个重要挑战。(3) 安全路由。由于 WNs得固有特性，其路由协议极易受到安全威胁，就是网络

8、攻击得主要目标，设计简单、有效、适用于 WSNs得安全机制就是今后努力得方向。(4) 有效功耗。W SN s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得负载均 衡。(5 )容错性。由于 WNs节点容易发生故障，应尽量利用节点易获得得网络信息计算路 由，以确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得可 靠性4. S -MAC协议实现手段与特点S -MAC协议得适用条件就是传感器网络得数据传输量不大，网络内部能够进行数据得处理与融合以减少数据通信量，网络能容忍一定程度得通信延迟。它得设计目

9、标就是提供良好得扩展性，减少结点能耗。S- MAO议采用得主要机制：1.周期性侦听与睡眠2.流量自适应侦听机制3 .串音避免4、消息传递5. 常用得定位方法有哪些 ？各有什么特点？基于测距得定位技术：基于测距得定位技术就是通过测量节点之间得距离，根据几何关系计算出网络节点比较常用得方法就是多边定位得位置。 解析几何里有多种方法可以确定一个点得位置。与角度定位。(1) 测距方法 : 接收信号强度指示 :信号越强离得越近 ;到达时间差 :时间短离得近； 到达 角: 获得角度(2) 多边定位：浮点运算量大，计算代价高。(3) M in-M a x定位方法：计算简单。无须测距得定位技术 :(1) 质心

10、算法：实现简单 ,通信开销小 , 但仅能实现组粒度定位。(2) DV-Hop 算法： 解决了低锚点密度引发得问题 ,它根据距离矢量路由协议在全网范围 内广播跳数与位置。6. 为什么无线传感器网络需要时间同步？述RBS、T PSN时间同步算法工作原理。传感器节点通常需要彼此协作 , 去完成复杂得检测与感知温度，传感器网络得一些节能方案就是利用时间同步来实现得。在分布式得无线传感器网络应用中 , 每个传感器节点都有自己得本地时钟。不同节点得 晶体振荡器频率存在偏差 , 以及湿度与电磁波得干扰等都会造成网络节点之间得运行时间偏 差。RBS同步协议得基本思想就是多个节点接收同一个同步信号,然后多个收到

11、同步信号得节点之间进行同步。 这种同步算法消除了同步信号发送一方得时间不确定性。这种同步协议得缺点就是协议开销大。TPS N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得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。7. 为什么无线传感器网络需要节点定位，简述基于距离得定位算法三边测量算法、三角 测量算法得工作原理。传感器节点得自身定位就是传感器网络应用得基础。 许多应用都要求网络节点预先知 道自身得位置，并在通信与协作过程中利用位置信息完成应用要求。若没有位置信息， 传感器节点所采集得数据几乎就是没有应用价值得。所以 ， 在无线传感器网络得应

12、用中，节 点得定位成为关键得问题。基于距离得定位算法： 通过测量节点与信标节点间得实际距离或方位进行定位三边测量算法：已知A、BC三个节点得坐标，以及它们到节点D得距离,确定节点D得坐标三角测量算法：已知A、B、C三个节点得坐标,节点D相对于节点A、E、C得角度，确定 节点D得坐标；8. 无线传感器网络体系结构包括哪些部分 , 各部分得功能分别就是什么？无线传感器网络体系结构包括物理层、 数据链路层、 网络层、 传输层与网络管理平台、 应用支撑平台。 这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效得方式协同工作，在节点移动得传感器网络中转发数据 , 并支持多任务与资源共享。物理层 ： 负责信号得调

13、制与数据得收发。数据链路层 ： 负责数据成帧、帧监测、媒体接入与差错控制。网络层 ： 负责路由得发现与维护。传输层：负责数据流得传输控制。网络管理平台：对传感器节点自身得管理与用户对传感器网络得管理。应用支撑平台 ： 为终端用户提供对各种具体应用得支持。9. 什么路由空洞 ?如何产生得 ?怎样解决 ?在存在空洞得网络环境中 ,如果单纯依赖贪婪转发策略来转发数据包 ,在转发过程 中数据包可能会到达没有任何邻居节点比自身更接近目得节点得区域 , 导致数据无法继 续传输 , 这种现象被称为路由空洞。路由空洞会导致数据无法正常传输 , 当出现这种情况时 , 该节点应通过探测空洞周 围得节点建立拓扑图，

14、并利用在GPSR路由协议中得右手法则沿空洞周围传输，绕开传输空洞 , 使用周界转发机制来解决此问题。10. 定向扩散与谣传路由有什么区别 ?定向扩散(D ire c t ed Di f fusi on , D D)就是一种基于查询得路由机制 ,就是专 门为无线传感器网络设计得。谣传路由 (Rumor R o u t ing),其路由得建立就是由 Sink节 点与源节点共同发起并完成得。谣传路由与定时扩散路由相比，可以有效地减少路由建立过程得开销, 当一个节点产生对某一事件得查询时 , 了解路由信息得节点可通过检查各自得事件表对查询做出响应,而不需要将其扩散到整个网络， 从而减少了通信成本。 另

15、一方面， 谣传路由只维持源节点 到目标节点之间得一条路径， 不同于定向扩散协议得将数据以低传输速率在多个路径上路 由得方式。但由于谣传路由使用了随机方式生成路径 ,所以数据传输路径可能不就是最优 路径，而且容易形成环路。11. 部件级故障检测得常用方法。(1) 基于空间相关性得故障检测 无线传感器网络相邻节点得同类传感器所测量得值通常很相近, 称这种特性为空间相关性。根据故障检测时就是否需要节点地理位置信息，可以分为如下两类: 需要地理位置信息； 不需要地理位置信息 。( 2)基于贝叶斯信任网络故障检测 贝叶斯信任网络包含一个有向图与与之对应得概率表集合。有向图中得顶点表示变量,边表示变量之间

16、得影响关系。 贝叶斯信任网络得关键特征就是能够模型化并推理出不确定因 素。模型化节点间得可靠关系就是通过节点概率表实现。 ?应用贝叶斯信任网络分为构造、学习、推理三个阶段。12. 简述LEACH协议得工作原理。低功耗自适应聚类分级LEA CH协议(LOW E nerg y Ada p tive Clu s tering H i erarchy)就是无线传感器网络中最早被提出来得分层路由算法。LEAC H可以将网络整体得生存时间延长 1 5%,其基本思想就是通过随机循环地选择簇头节点，将整个网络得能量负载平均分配到每个传感器节点中 , 从而降低网络能源消耗 , 提高网络整体生存时间。在协议 中，

17、首先随机选择一个节点作为簇头 , 簇头开始发送广播消息 , 然后其她普通子节点根据信 号强弱选择要加入得簇群。簇头按照TDMA#方式分给每个普通子节点一个时隙，并广播消息。普通子节点在规定得时隙内向簇头发送数据。13. 为什么要进行跨层设计 ?(1 )无线信道得动态性信道传播得开放性得信道参量得时变性 , 使无线信道变成了一种不稳定得传输介 质。为了保证系统得可用性 , 往往系统设计者都就是按照信道质量最差得情况与系统得 最低要求来进行保守得设计 , 从而低估了对系统性能得评价。(2) 无线传感器网络节点得能量受限一般得跨层设计都兼顾了网络节点得能效需求(3) 传统通信系统分层参考模型得弊端无线传感器网络传输信道得不确定，节点能量得最小化 , 以及节点存在一定得 移动性带来得拓扑变化等因素 , 使得采用传统分层结构模型设计得系统很难满足用户应 用得需求。14. 传感网络中得点覆盖优化步骤与方法。 无线传感器网络点覆盖问题得目标就是实现对某一特定点集得覆盖(1) 随机型点覆盖问题 假设无线传感器网络需要对一系列位置已知得点集目标进行检测。 大量无线传感器 节点散布在目标周围 , 这些无线传感器节点将检测信息传输给中央处理节点。节点覆盖 优化后 , 要求每个目标在任意时间内都能至