《物联网工程概论》习题及思考题答案39

1、物联网工工程概论习题与思考考题答案TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc300566935 第1章答案案 PAGEREF _Toc300566935 h 1 HYPERLINK l _Toc300566936 第2章答案案 PAGEREF _Toc300566936 h 3 HYPERLINK l _Toc300566937 第3章答案案 PAGEREF _Toc300566937 h 5 HYPERLINK l _Toc300566938 第4章答案案 PAGEREF _Toc300566938 h 11 HYPERLINK l _Toc300566939 第5章答

2、案案 PAGEREF _Toc300566939 h 23 HYPERLINK l _Toc300566940 第6章答案案 PAGEREF _Toc300566940 h 26 HYPERLINK l _Toc300566941 第7章答案案 PAGEREF _Toc300566941 h 30 HYPERLINK l _Toc300566942 第8章答案案 PAGEREF _Toc300566942 h 33 HYPERLINK l _Toc300566943 第9章答案案 PAGEREF _Toc300566943 h 37第1章答案案1-1简述述物联网的的定义，分分析物联网网的“物”

3、的条件。答：物联网网是通过射射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把各种物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。特别注意，物联网中的“物”，不是普通意义的万事万物，这里的“物”要满足以下条件：1、要有相应信息的接收器； 2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有处理运算单元(CPU)；5、要有操作系统；6、要有专门的应用程序；7、要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。1-2简述述物联网应应具备的三个特征征。答：一是全全面感知，即即利

4、用射频频识别技术术(RFIID)、传传感器、二二维码等随随时随地获获取物体的的信息；二二是可靠传传递，通过过各种电信信网络与互互联网的融融合，将物物体的信息息实时准确确地传递出出去；三是是智能处理理，利用云云计算，模模糊识别等等各种智能能计算技术术，对海量量的数据和和信息进行行分析和处处理，对物物体实施智智能化的控控制。1-3简述述15年周期期定律和摩摩尔定律。答：15年年周期定律律：计算模模式每隔115年发生生一次变革革。摩尔定定律：集成成电路上可可容纳的晶晶体管数目目，约每隔隔18个月便便会增加一一倍，性能能也将提升升一倍。1-4名词词解释：RRFID、EPC、ZigBee。答：RFIID

5、即射频频识别，俗俗称电子标标签，一种种自动识别别技术，可可以快速读读写、长期期跟踪管理理，通过无无线射频方方式进行非非接触双向向数据通信信对目标加加以识别。EPC(EElecttroniic Prroducct Coode)，即即产品电子子代码，为为每一件单单品建立全全球的、开开放的标识识标准，实实现全球范范围内对单单件产品的的跟踪与追追溯。ZigBeee技术是是一种近距距离、低复复杂度、低低功耗、低低速率、低低成本的双双向无线通通信技术。主主要用于距距离短、功功耗低且传传输速率不不高的各种种电子设备备之间进行行数据传输输以及典型型的有周期期性数据、间歇性数数据和低反反应时间数数据传输的的应用

6、。1-5简要要概述物联联网的框架架结构。答：物联网网可以简要要分为核心心层、接入入层，软件件核心层主主要是应用用服务层，硬硬件接入层层包括网络络传输层和和感知控制制层。感知知控制层一一般包括RRFID感感应器、传传感器网关关、接入网网关、RFFID标签签、传感器器节点、智智能终端等等，网络传传输层包括括无线传感感器网络、移动通通信网络、互互联网、信信息中心、网管中心心等；软件件应用服务务层是为了了管理、维维护物联网网以及为完完成用户的的某种特定定任务而编编写的各种种程序的总总和。1-6分析析物联网的的关键技术术和应用难难点。答：关键技技术为RFFID、无无线网络技技术、传感感技术、人人工智能技

7、技术。应用用难点在于于其技术标标准问题、数据安全全问题、IIP地址问问题、终端端问题。1-7举例例说明物联联网的应用用领域及前前景。答：物联网网应用领域域很广，几几乎可以包包含各行各各业。目前前在环境保保护、社区区服务、商商务金融等等方面，例例如“移动支付付”、 “移动购购物”、“手机钱包包”、“手机银行行”、“电子机票票”等，前景景广阔可观观，应用潜潜力巨大，无无论是服务务经济市场场，还是国国家战略需需要，物联联网都能占占据重要地地位。第2章答案案2-1 什什么是EPPC？答：电子产产品编码(Elecctronnic PProduuct CCode）2-2 请请简要地叙叙述EPCC系统的组组

8、成，以及及各个部分分的英文简简写。答：EPCC载体、读读写器、EEPC产品品管理中间间件、网络络、ONSS、PML服务务器、数据据库等。其中ONSS ( OObjecct Naamingg Serrviceer，对象名名称解服务务器)，它用来来把EPCC转化成IPP地址，用用来定位相相应的计算算机和完成成相应的信信息交互服服务。PML ( Phyysicaal Maarkupp Lannguagge，实体标识识语言)服务器中中，存储用用PML描述述的实物信信息，如实实物名称、种类、性性质、生产产日期、生生产厂家信信息、实物物存放位置置、实物的的使用说明明等。2-3 EEPC编码码有几种技技术要

9、求？每种要求求具体是如如何要求的的？答：EPCC数字信息息代表了该该产品的生生产地区、生产商、生产日期期、产品属属性等数据据信息。目前的EPPC系统中中应用的编编码类型主主要有三种种：64位、96位和2566位，EPCC由版本号号、产品域域名管理、产品分类类部分和序序列号四个个字段组成成，版本号号字段代表表了产品所所使用的EEPC的版版本号，这这一字段提提供了可以以编码的长长度。 产品域名管管理字段标标识了该产产品生产厂厂商的具体体信息，如如厂商名字字，负责人人以及产地地。产品的分类类字段部分分可以使商商品的销售售商能够方方便地对产产品进行分分类。序列列号用于对对具体单个个产品进行行编码。对对

10、于具体的的编码标准准现在已经经推出有：EPC-96型型，EPC-664型、型、型，EPPC-2556型、型、型等编码码方案。 2-4 条条形码分为为几种？请请简要说明明每种条形形码的特点点。答：条形码码可以有一一维的，还还有二维条条形码，黑黑条和空白白的排列就就代表了商商品的产品品属性等特特征信息，因因而在许多多领域有广广泛的应用用，因其各各自特点差差异，其用用途也各不不相同，日日常我们多多见到的是是一维条码码。在EPC条条形码的编编码方式中中在水平和和垂直方向向的二维空空间存储信信息的条码码，称为二二维条码（2-dimensional bar code），可直接显示英文、中文、数字、符号、图

11、形；存储数据量大，可存放1k字符，可用扫描仪直接读取内容，无需另接数据库；保密性高（可加密）；安全级别最高时，损污50%仍可读取完整信息。 2-5 RRFID系系统基本组组成部分有有哪些？答：RFIID系统主主要由应答答器、阅读读器和高层层组成。其其中应答器器是集成电电路芯片形形式，而集集成芯片又又根据它的的封装不同同表现的形形式也不太太一样。阅阅读器用于于产生射频频载波完成成与应答器器之间的信信息交互的的功能。高高层功能是是信息的管管理和决策策系统。 2-6 电电子标签分分为哪几种种？简述每每种标签的的工作原理理。答：应答器器的基本是是由天线、编/解码器、电源、解解调器、存存储器，控控制器以

12、及及负载电路路组成。从从应答器传传送信息到到阅读器，状状态数据在在CPU的控控制下，从从存储器中中取出经过过编码器和和负载调制制单元发送送到阅读器器2-7 RRFID产产品的基本本衡量参数数有哪些？答：RFIID产品的的基本衡量量参数有工工作频率、读取距离离、读写速速度、方向向性、采用用通信接口口协议。2-8 简简述天线的的工作原理理。答：天线是是一种以电电磁波形式式把前端射射频信号功功率接收或或辐射出去去的装置，是是电路与空空间的界面面器件，用用来实现导导行波与自自由空间波波能量的转转化，在电电磁能量的的转换过程程中，完成成信息的交交互。2-9 对对于抛物面面天线，已已知它的抛抛物面直径径为

13、2m，中心心工作波长长为2cmm，根据统统计出来的的经验数据据，请计算算其增益近近似为多少少。答：对于抛抛物面天线线，可用下下式近似计计算其增益益：G（dBi）= 100 lg 4.5 （D / 0）2 式中，D为为抛物面直直径；00为中心工工作波长；4.5是是统计出来来的经验数数据。 现在D=22m，中心心工作波长长0=00.02mm，代入公公式得G=95.42 ddBi。2-10 请说出RRFID天天线主要分分为哪几种种？每种的的特点如何何？答：RFIID天线主主要分为近近场天线、远场天线线、偶极子子天线、微微带贴片天天线和电感感耦合射频频天线等。近场天线线系统工作作在天线的的近场，标标签

14、所需的的能量都是是通过电感感耦合方式式由读写器器的耦合线线圈辐射近近场获得，工工作方式为为电感耦合合。对于超超高频和微微波频段，读读写器天线线要为标签签提供能量量或唤醒有有源标签，工工作距离较较远，一般般位于读写写器天线的的远场。偶偶极子天线线也称为对对称振子天天线，由两两段同样粗粗细和等长长的直导线线排成一条条直线构成成。信号从从中间的两两个端点馈馈入，在偶极子子的两臂上上将产生一一定的电流流分布，这种电流流分布就会会在天线周周围空间激激发起电磁磁场。微带带贴片天线线通常是由由金属贴片片贴在接地地平面上的的一片薄层层，微带贴贴片天线质质量轻、体体积小、剖剖面薄，馈馈线和匹配配网络可以以和天线

15、同同时制作，与与通信系统统的印制电路集成成在一起，贴贴片又可采采用光刻工工艺制造，成成本低、易易于大量生生产。2-11 试说明HHRRFDD-NF009的近场场天线的性性能参数如如何？答：HRRRFD-NNF09的的近场天线线的天线的的物理长度度为1500mm。工工作的频率率范围为8865954GGHz，采采用了N/SMA接接口形式，天天线的极化化方式为线线极化。第3章答案案3-1传感感器的定义义是什么?它们是如如何分类的的？答：传感器器是一种能能把特定的的被测信号号，按一定定规律转换换成某种可可用信号输输出的器件件或装置，以以满足信息息的传输、处理、记记录、显示示和控制等等要求。根据不同的的

16、分类方式式，有不同同的分类。3-2试分分析传感器器在各领域域里的应用用。答：略。3-3传感感器的动态态特性、基基本概念及及主要性能能指标的含含意是什么么?答：传感器器的动态特特性，是指指其输出对对随时间变变化的输入入量的响应应特性。3-4传感感器的主要要特性有哪哪些?答：主要分分为静态特特性 和动动态特性。衡量静态特特性的重要要指标是线线性度、灵灵敏度、迟迟滞和重复复性等。3-5传感感器的误差差大小与其其精度、准准确度之间间的关系是是什么?答：略。3-6什么么叫传感器器？由哪几部分组组成？它们们的作用与与相互关系系怎样？答：传感器器由两个基基本元件组组成：敏感感元件与转转换元件。具体由下下图所

17、示：3-7有两两个传感器器测量系统统，其动态特特性可以分分别用下面面两个微分分方程描述述，试求这这两个系统统的时间常常数和静态灵灵敏度K。式中，y为为输出电压压，V；TT为 输入温温度，。式中，y为为输出电压压，V；x为输入压力力，Pa。答：10ss，0.55*10-5V/；0.333s，22.29V/Paa。3-8用一一只时间常常数=0.3318s的的一阶传感感器去测量量周期分别别为1s、2s和33s的正弦弦信号，问问幅值相对对误差是多多少？答：-555.2% ，-299.3% ，-166.8%。3-9查阅阅资料，查查找半导体体气敏传感感器有哪几几种类型？答：略。3-10什什么叫绝对对湿度和

18、相相对湿度？答：相对湿湿度，指空空气中水汽汽压与饱和和水汽压的的百分比。绝对湿度指指的是大气气中水汽的的密度，即即单位大气气中所含水水汽的质量量。3-11试试述湿敏电电容式和湿湿敏电阻式式湿度传感感器的工作作原理。答：略。3-12超超声波传感感器的基本本原理是什什么？超声声波探头有有哪几种结结构形式？答：超声波波传感器是是利用超声声波的特性性研制而成成的传感器器。超声波波振动频率率高于可听听声波。由由换能晶片片在电压的的激励下，发发生振动能能产生超声声波。超声声波对液体体、固体的的穿透能力力强，在不不透明的固固体中它可可穿透几十十米的深度度。超声波波碰到杂质质或分界面面，会发生生显著反射射，形

19、成反反射成回波波碰到活动动物体能产产生多普勒勒效应。超声波探头头主要由压压电晶片组组成，既可可以发射超超声波也可可以接收超超声波。小小功率超声声探头多用用来探测。它有许多多不同的结结构，可分分直探头、斜探头、表面波探探头、兰姆姆波探头、双探头等等。3-13什什么是智能能传感器？智能传感感器有哪些些实现方式式？答：智能传传感器（IIntellligeent SSensoor）是具具有信息处处理功能的的传感器。智能传感器器主要由传传感器、微微处理器（或或微计算机机）及相关关电路组成成，包括传传感器、信信号调理电电路、微处处理器、输输出接口等等。3-14温温度传感器器是怎么分分类的？答：水分子子具有

20、较大大的电偶极极矩。在氢氢原子附近近有极大的的正电场，因因而它具有有很大的电电子亲和力力，使得水水分子易于于吸附在固固体表面并并渗透到固固体内部。利用水分分子这一特特性制成的的湿度传感感器称为水水分子亲和和力型传感感器。而把把与水分子子亲和力无无关的湿度度传感器，称称为非水分分子亲和力力型传感器器。3-15试试述湿度传传感器的应应用。答：略。3-16什什么是气体体的湿度？什么叫露露点？答：大气的的干湿程度度通常用绝绝对湿度和和相对湿度度来表示。露点：降低低温度可使使未饱和水水汽变成饱饱和水汽。3-17电电容式湿度度传感器的的工作原理理是什么？有什么特特点？使用用时应注意意什么问题题？答：电容式

21、式湿度传感感器的敏感感元件为湿湿敏电容，主主要材料一一般为高分分子聚合物物、金属氧氧化物。这这些材料对对水分子有有较强的吸吸附能力，吸吸附水分的的多少随环环境湿度而而变化。由由于水分子子有较大的的电偶极矩矩，吸水后后材料的电电容率发生生变化。电电容器的电电容值也就就发生变化化。同样，把把电容值的的变化转变变为电信号号，就可以以对湿度进进行监测。3-18超超声波的基基本特性？答：它具有有频率高、波长短、绕射现象象小的特点点，特别是是方向性好好、能够成成为射线而而定向传播播等。3-19简简述半导体体气敏元件件制成的表表面控制型型电阻式传传感器的基基本结构及及工作原理理。答：略。3-20从从超声波的

22、的行进方向向来看可分分为哪两种种基本类型型？答：超声波波是一种在在 HYPERLINK /view/778.htm 弹性介质质中的机械械振荡，有有两种形式式：横向振振荡（横波波）及纵向向振荡（纵纵波）。3-21气气敏传感器器的特性？答：气敏传传感器的特特性主要有有灵敏度；响应时间间；选择性性；稳定性性；温度特特性；湿度度特性；电电源电压特特性。3-22查查找文献最最近有什么么新型的气气敏传感器器。答：略。3-23什什么是超声声波？答：低于116Hz的的机械波称称为次声波波高于2104Hz的机机械波称为超超声波。3-24简简述超声波波测厚度、液位和流流量的原理。答：略。3-25 MEMSS的英文

23、名名是什么？答：Miccro-EElecttro-MMechaanicaal Syystemms3-26 MEMSS的定义是是什么？答：完整的的MEMSS是由微传传感器、微微执行器、信号处理理和控制电电路、通信信接口和电电源等部件件组成的一一体化的微微型器件系系统。3-27 MEMSS的优点和和特点是什什么？答：MEMMS器件和和系统具有有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高高、性能优优异、功能能强大、可可以批量生生产等传统统机械无法法比拟的优优点。3-28传传感器接口口特点是什什么？传感感器的输出出信号有什什么特点？答：传感器器输出信号号的处理主主要由传感感器的接口口电路完成成。因此传传

24、感器接口口电路应具具有一定的的信号预处处理能力。经预处理理后的信号号应成为可可供测量、控制使用用及便于向向微型计算算机输入的的信号形式式。一般来说传传感器输出出信号具有有如下特点点：输出信号号比较微弱弱有的传感感器输出电电压仅有00.1VV。这就要要求接口电电路必须有有一定的放放大能力。 输出阻抗抗比较高这这样会使传传感器信号号输入到测测量电路时时产生较大大的信号衰衰减。输出信号号动态范围围很宽。输输出信号随随着输入物理量的的变化而变变化，但它它们之间的的关系不一一定是线性性比例关系系。3-29传传感器与微微型计算机机接口的一一般结构是是什么？输输入通道和和输出通道道的特点是是什么？答：传感器

25、器与微型计计算机接口口的一般结结构：输入通道的的特点： = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 输入通通道的结构构类型取决决于传感器器送来的信信号大小和和类型。由由于被测量量和信号转转换的差异异，输入通通道会有不不同的类型型。 = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 输入通通道的主要要技术指标标是信号转转换精度和和实时性，后后者为实时时检测和控控制系统的的特殊要求求。对输入入通道技术术指标的要要求是选择择通道中有有关器件的的依据。 = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 输入通通道是一个个模拟、数数字信号混混合的电路路，其功耗耗小，一般般没有功率率驱动要求求。 = 4

26、* GB2 * MERGEFORMAT 被测信信号所在的的现场可能能存在各种种电磁干扰扰。这些于于扰会与被被测信号一一起从输入入通道进入入微机，影影响测量和和控制精度度，甚至使使微机无法法正常工作作，因此在在输入通道道中必采取取措施。输出通道的的特点： = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 通道的的结构取决决于系统要要求，其中中的信号有有数字量和和模拟量两两大类，要要用到的转转换器件是DA转换器器。 = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 微机输输出信号的的电平和功功率都很小小，而被控控装置所要要求的信号号电平和功功率往铰比比较大，因此在在输出通道道中要有功功率放大，即即输出

27、驱动动环节。 = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 输出通通道连接被被控装置的的执行机构构，各种电电磁干扰会会经通道进进入被控装置置，因此必必须在输出通通道中采取取抗干扰措措施。3-30电电桥电路的的主要作用用是什么？可以分为为哪几种？答：电桥电电路是传感感器检测电电路中经常常使用的电电路，主要要用来把传传感器的电电阻、电容容、电感变变化转换为为电压或电电流。分为为直流电桥桥、 交流电电桥和放大电路路3-31绘绘出基本放放大电路的的电路图。答：略。3-32放放大电路有有哪3种形形式?输出出信号的表表达形式分分别是什么么？答：反向放大：同向放大：差动放大：第4章答案案4-1传感感器节点

28、在在实现各种种网络协议议和应用系系统时，存存在哪些现现实约束？答：传感器器节点在实实现各种网网络协议和和应用系统统时，存在在以下一些些现实约束束。1.电源能能量有限传感器节点点体积微小小，通常携携带能量十十分有限的的电池。由由于传感器器节点个数数多、成本本要求低廉廉、分布区区域广，而而且部署区区域环境复复杂，有些些区域甚至至人员不能能到达，所所以传感器器节点通过过更换电池池的方式来来补充能源源是不现实实的。如何何高效使用用能量来最最大化网络络生命周期期是传感器器网络面临临的首要挑挑战。如何何让网络通通信更有效效率，减少少不必要的的转发和接接收，不需需要通信时时尽快进入入睡眠状态态，是传感感器网

29、络协协议设计需需要重点考考虑的问题题。2.通信能能力有限无线通信的的能量消耗耗与通信距距离的关系系为：其中，参数数n满足关系系2n4。n的取值与与很多因素素有关，例例如传感器器节点部署署贴近地面面时，障碍碍物多干扰扰大，n的的取值就大大；天线质质量对信号号发射质量量的影响也也很大。考考虑诸多因因素，通常常取n为3，即即通信能耗耗与距离的的三次方成成正比。随随着通信距距离的增加加，能耗将将急剧增加加。因此，在在满足通信信连通度的的前提下应应尽量减少少单跳通信信距离。由由于节点能能量的变化化，受高山山、建筑物物、障碍物物等地势地地貌以及风风雨雷电等等自然环境境的影响，无无线通信性性能可能经经常变化

30、，频频繁出现通通信中断。在这样的的通信环境境和节点有有限通信能能力的情况况下，如何何设计网络络通信机制制以满足传传感器网络络的通信需需求是传感感器网络面面临的挑战战之一。3.计算和和存储能力力有限传感器节点点是一种微微型嵌入式式设备，要要求它价格格低功耗小小，这些限限制必然导导致其携带带的处理器器能力比较较弱，存储储器容量比比较小。为为了完成各各种任务，传传感器节点点需要完成成监测数据据的采集和和转换、数数据的管理理和处理、应答汇聚聚节点的任任务请求和和节点控制制等多种工工作。如何何利用有限限的计算和和存储资源源完成诸多多协同任务务成为传感感器网络设设计的挑战战。4-2举例例说明无线线传感器网

31、网络的应用用领域。答：传感器器网络的应应用前景非非常广阔，能能够广泛应应用于军事事、环境监监测和预报报、健康护护理、智能能家居、建建筑物状态态监控、复复杂机械监监控、城市市交通、空空间探索、大型车间间和仓库管管理，以及及机场、大大型工业园园区的安全全监测等领领域。随着着传感器网网络的深入入研究和广广泛应用，传传感器网络络将逐渐深深入到人类类生活的各各个领域。1.军事应应用传感器网络络具有可快快速部署、可自组织织、隐蔽性性强和高容容错性的特特点，因此此非常适合合在军事上上应用。利利用传感器器网络能够够实现对敌敌军兵力和和装备的监监控、战场场的实时监监视、目标标的定位、战场评估估、核攻击击和生物化

32、化学攻击的的监测和搜搜索等功能能。通过飞飞机或炮弹弹直接将传传感器节点点播撒到敌敌方阵地内内部，或者者在公共隔隔离带部署署传感器网网络，就能能够非常隐隐蔽而且近近距离准确确地收集战战场信息，迅迅速获取有有利于作战战的信息。传感器网网络是由大大量的随机机分布的节节点组成的的，即使一一部分传感感器节点被被敌方破坏坏，剩下的的节点依然然能够自组组织地形成成网络。传传感器网络络可以通过过分析采集集到的数据据，得到十十分准确的的目标定位位，从而为为火控和制制导系统提提供精确的的制导。利利用生物和和化学传感感器，可以以准确地探探测到生化化武器的成成分，及时时提供情报报信息，有有利于正确确防范和实实施有效的

33、的反击。2.环境观观测和预报报系统随着人们对对于环境的的日益关注注，环境科科学所涉及及的范围越越来越广泛泛。传感器器网络在环环境研究方方面可用于于监视农作作物灌溉情情况、土壤壤空气情况况、牲畜和和家禽的环环境状况和和大面积的的地表监测测等，可用用于行星探探测、气象象和地理研研究、洪水水监测等，还还可以通过过跟踪鸟类类、小型动动物和昆虫虫进行种群群复杂度的的研究等。类似地，传传感器网络络可实现对对森林环境境监测和火火灾报告，传传感器节点点被随机密密布在森林林之中，平平常状态下下定期报告告森林环境境数据，当当发生火灾灾时，这些些传感器节节点通过协协同合作会会在很短的的时间内将将火源的具具体地点、火

34、势的大大小等信息息传送给相相关部门。3.医疗护护理传感器网络络在医疗系系统和健康康护理方面面的应用包包括监测人人体的各种种生理数据据，跟踪和和监控医院院内医生和和患者的行行动，医院院的药物管管理等。如如果在住院院病人身上上安装特殊殊用途的传传感器节点点，如心率率和血压监监测设备，医医生利用传传感器网络络就可以随随时了解被被监护病人人的病情，发发现异常能能够迅速抢抢救。将传传感器节点点按药品种种类分别放放置，计算算机系统即即可帮助辨辨认所开的的药品，从从而减少病病人用错药药的可能性性。还可以以利用传感感器网络长长时间地收收集人体的的生理数据据，这些数数据对了解解人体活动动机理和研研制新药品品都是

35、非常常有用的。4.智能家家居传感器网络络能够应用用在家居中中。在家电电和家具中中嵌入传感感器节点，通通过无线网网络与Innternnet连接接在一起，将将会为人们们提供更加加舒适、方方便和更具具人性化的的智能家居居环境。利利用远程监监控系统，可可完成对家家电的远程程遥控，例例如可以在在回家之前前半小时打打开空调，这这样回家的的时候就可可以直接享享受适合的的室温，也也可以遥控控电饭锅、微波炉、电冰箱、电话机、电视机、录像机、电脑等家家电，按照照自己的意意愿完成相相应的煮饭饭、烧菜、查收电话话留言、选选择录制电电视和电台台节目以及及下载网上上资料到电电脑中等工工作，也可可以通过图图像传感设设备随时

36、监监控家庭安安全情况。利用传感感器网络可可以建立智智能幼儿园园，监测孩孩童的早期期教育环境境，跟踪孩孩童的活动动轨迹，可可以让父母母和老师全全面地研究究学生的学学习过程。5.建筑物物状态监控控建筑物状态态监控（SStruccturee Healtth Monittorinng，SHHM）是利利用传感器器网络来监监控建筑物物的安全状状态。由于于建筑物不不断修补，可可能会存在在一些安全全隐患。虽虽然地壳偶偶尔的小振振动可能不不会带来看看得见的损损坏，但是是也许会在在支柱上产产生潜在的的裂缝，这这个裂缝可可能会在下下一次地震震中导致建建筑物倒塌塌。用传统统方法检查查，往往要要将大楼关关闭数月。采用传

37、感器器网络，可可以让大楼楼、桥梁和和其他建筑筑物能够自自身感觉并并意识到它它们本身的的状况，使使得安装了了传感器网网络的智能能建筑自动动告诉管理理部门它们们的状态信信息，并且且能够自动动按照优先先级来进行行一系列自自我修复工工作。未来来的各种摩摩天大楼可可能就会装装备这种类类似红绿灯灯的装置，从从而建筑物物可自动告告诉人们当当前是否安安全、稳固固程度如何何等信息。6.其他方方面的应用用复杂机械的的维护经历历了“无维维护”、“定时维护护”以及“基于情况况的维护”三个阶段段。采用“基于情况况的维护”方式能够够优化机械械的使用，保保持过程更更加有效，并并且保证制制造成本仍仍然低廉。其维护开开销分为几

38、几个部分：设备开销销、安装开开销和人工工收集分析析机械状态态数据的开开销。采用用无线传感感器网络能够够降低这些些开销，特特别是能够够去掉人工工开销。尤尤其是目前前数据处理理硬件技术术的飞速发发展和无线线收发硬件件的发展，新新的技术已已经成熟，可可以使用无无线技术避避免昂贵的的线缆连接接，采用专专家系统自自动实现数数据的采集集和分析。传感器网网络可以应应用于空间间探索。借借助于航天天器在外星星体撒播一一些传感器器节点，可可以对星球球表面进行行长时间的的监测。这这种方式成成本很低，节节点体积小小，相互之之间可以通通信，也可可以和地面面站进行通通信。4-3传感感器节点由由哪几部分分组成？答：传感器器

39、节点由传传感器模块块、处理器器模块、无无线通信模模块和能量量供应模块块四部分组组成。传感感器模块负负责监测区区域内信息息的采集和和数据转换换；处理器器模块负责责控制整个个传感器节节点的操作作，存储和和处理本身身采集的数数据以及其其他节点发发来的数据据；无线通通信模块负负责与其他他传感器节节点进行无无线通信，交交换控制消消息和收发发采集数据据；能量供供应模块为为传感器节节点提供运运行所需的的能量，通通常采用微微型电池。4-4简述述无线传感感器网络各各层协议和和平台的功功能。答：协议栈栈包括物理理层、数据据链路层、网络层、传输层和和应用层，与与互联网协协议栈的五五层协议相相对应。另另外，协议议栈还

40、包括括能量管理理平台、移移动管理平平台和任务务管理平台台。这些管管理平台使使得传感器器节点能够够按照能源源高效的方方式协同工工作，在节节点移动的的传感器网网络中转发发数据，并并支持多任任务和资源源共享。各各层协议和和平台的功功能如下：物理层提供供简单但健健壮的信号号调制和无无线收发技技术；数据链路层层负责数据据成帧、帧帧检测、媒媒体访问和和差错控制制；网络层主要要负责路由由生成与路路由选择；传输层负责责数据流的的传输控制制，是保证证通信服务务质量的重重要部分；应用层包括括一系列基基于监测任任务的应用用层软件；能量管理平平台管理传传感器节点点如何使用用能源，在在各个协议议层都需要要考虑节省省能量

41、；移动管理平平台检测并并注册传感感器节点的的移动，维维护到汇聚聚节点的路路由，使得得传感器节节点能够动动态跟踪其其邻居的位位置；任务管理平平台在一个个给定的区区域内平衡衡和调度监监测任务。4-5无线线传感器网络络具有何显显著特点？答：无线传传感器网络络具有以下下的特点：1.大规模模网络为了获取精精确信息，在在监测区域域通常部署署大量传感感器节点，传传感器节点点数量可能能达到成千千上万，甚甚至更多。传感器网网络的大规规模性包括括两方面的的含义：一一方面是传传感器节点点分布在很很大的地理理区域内，如如在原始大大森林采用用传感器网网络进行森森林防火和和环境监测测，需要部部署大量的的传感器节节点；另一

42、一方面，传传感器节点点部署很密密集，在一一个面积不不是很大的的空间内，密密集部署了了大量的传传感器节点点。传感器器网络的大大规模性具具有如下优优点：通过过不同空间间视角获得得的信息具具有更大的的信噪比；通过分布布式处理大大量的采集集信息能够够提高监测测的精确度度，降低对对单个传感感器节点的精度度要求；大大量冗余节节点的存在在，使得系系统具有很很强的容错错性能；大大量节点能能够增大覆覆盖的监测测区域，减减少洞穴或或者盲区。2.自组织织网络在传感器网网络应用中中，通常情情况下传感感器节点被被放置在没没有基础结结构的地方方。传感器器节点的位位置不能预预先精确设设定，节点点之间的相相互邻居关关系预先也

43、也不知道，如如通过飞机机播撒大量量传感器节节点到面积积广阔的原原始森林中中，或随意意放置到人人不可到达达或危险的的区域。这这样就要求求传感器节节点具有自自组织的能能力，能够够自动进行行配置和管管理，通过过拓扑控制制机制和网网络协议自自动形成转转发监测数数据的多跳跳无线网络络系统。3多跳路路由网络中节点点通信距离离有限，一一般在几十十到几百米米范围内，节节点只能与与它的邻居居直接通信信。如果希希望与其射射频覆盖范范围之外的的节点进行行通信，则则需要通过过中间节点点进行路由由。网络的的多跳路由由使用网关关和 HYPERLINK /product/searchfile/7239.html 路由器器来

44、实现，而而无线传感感器网络中中的多跳路路由是由普普通网络节节点完成的的，没有专专门的路由由设备。这这样每个节节点既可以以是信息的的发起者，也也可以是信信息的转发发者。4.动态性性网络传感器网络络的拓扑结结构可能因因为下列因因素而改变变：环境境因素或电电能耗尽造造成的传感感器节点出出现故障或或失效；环境条件件变化可能能造成无线线通信链路路带宽变化化，甚至时时断时通；传感器器网络的传传感器、感感知对象和和观察者这这三要素都都可能具有有移动性；新节点点的加入。这就要求求传感器网网络系统要要能够适应应这种变化化，具有动动态的系统统可重构性性。4.可靠的的网络传感器网络络特别适合合部署在恶恶劣环境或或人

45、类不宜宜到达的区区域，传感感器节点可可能工作在在露天环境境中，遭受受太阳的暴暴晒或风吹吹雨淋，甚甚至遭到无无关人员或或动物的破破坏。传感感器节点往往往采用随随机部署，如如通过飞机机撒播或发发射炮弹到到指定区域域进行部署署。这些都都要求传感感器节点非非常坚固，不不易损坏，适适应各种恶恶劣环境条条件。由于监测区区域环境的的限制以及及传感器节节点数目巨巨大，不可可能人工“照顾”每每个传感器器节点，网网络的维护护十分困难难甚至不可可维护。传传感器网络络的通信保保密性和安安全性也十十分重要，要要防止监测测数据被盗盗取和获取取伪造的监监测信息。因此，传传感器网络络的软硬件件必须具有有鲁棒性和和容错性。5.

46、以数据据为中心的的网络传感器网络络是任务型型的网络，脱脱离传感器器网络谈论论传感器节节点没有任任何意义。传感器网网络中的节节点采用节节点编号标标识，节点点编号是否否需要全网网唯一取决于于网络通信信协议的设设计。由于于传感器节节点随机部部署，构成成的传感器器网络与节节点编号之之间的关系系是完全动动态的，表表现为节点点编号与节节点位置没没有必然联联系。用户户使用传感感器网络查查询事件时时，直接将将所关心的的事件通告告给网络，而而不是通告告给某个确确定编号的的节点。网网络在获得得指定事件件的信息后后汇报给用用户。这种种以数据本本身作为查查询或传输输线索的思思想更接近近于自然语语言交流的的习惯。所所以

47、通常说说传感器网网络是一个个以数据为为中心的网网络。6.应用相相关的网络络传感器网络络用来感知知客观物理理世界，获获取物理世世界的信息息量。客观观世界的物物理量多种种多样，不不可穷尽。不同的传传感器网络络应用关心心不同的物物理量，因因此对传感感器的应用用系统也有有多种多样样的要求。不同的应应用背景对对传感器网网络的要求求不同，其其硬件平台台、软件系系统和网络络协议必然然会有很大大差别。所所以传感器器网络不能能像Intterneet一样，有有统一的通通信协议平平台。对于于不同的传传感器网络络应用虽然然存在一些些共性问题题，但在开开发传感器器网络应用用中，更关关心传感器器网络的差差异。只有有让系统

48、更更贴近应用用，才能做做出最高效效的目标系系统。针对对每一个具具体应用来来研究传感感器网络技技术，这是是传感器网网络设计不不同于传统统网络的显显著特征。4-6基于于距离的定定位的方法法分为：基基于TOAA的定位、基于TDDOA的定定位、基于于AOA的的定位和基基于RSSSI的定位位等，比较较这四种方方法的优缺缺点。答：基于TTOA的定定位精度高高，但要求求节点间保保持精确的的时间同步步，因此对对传感器节节点的硬件件和功耗提提出了较高高的要求。TDOAA技术对硬硬件的要求求高，成本本和能耗使使得该种技技术对低能能耗的传感感器网络提提出了挑战战。但是TTDOA技技术测距误误差小，有有较高的精精度。

49、AOOA定位不不仅能确定定节点的坐坐标，还能能提供节点点的方位信信息。但AAOA测距距技术易受受外界环境境影响，且且AOA需需要额外硬硬件，在硬硬件尺寸和和功耗上不不适用于大大规模的传传感器网络络。在实验验环境中RRSSI表表现出良好好的特性，但但是在现实实环境中，温温度、障碍碍物、传播播模式等条条件往往都都是变化的的，使得该该技术在实实际应用中中仍然存在在困难。4-7无线线传感器网网络为什么么要使用时时间同步机机制，时间间同步机制制的主要性性能参数包包括哪些？答：在无线线传感器网网络系统中中，单个节节点的能力力非常有限限，整个系系统所要实实现的功能能需要网络络内所有节节点互相配配合共同完完成

50、。时间间同步在无无线传感器器网络中起起着非常重重要的作用用。在分布布式系统中中，不同的的节点都有有自己的本本地时钟。由于不同同节点的晶晶体振荡器器频率存在在偏差，以以及温度变变化和电磁磁波干扰等等，即使在在某个时刻刻所有节点点都达到时时间同步，它它们的时间间也会逐渐渐出现偏差差，而分布布式系统的的协同工作作需要节点点间的时间间同步，因因此时间同同步机制是是分布式系系统基础框框架的一个个关键机制制。传感器网络络应用的多多样性导致致了对时间间同步机制制需求的多多样性，不不可能用一一种时间同同步机制满满足所有的的应用要求求。传感器器网络的时时间同步机机制的主要要性能参数数如下：（1）最大大误差：一一

51、组传感器器节点之间间的最大时时间差量，或或相对外部部标准时间间的最大差差量。通常常情况下，最最大误差随随着需要同同步的传感感器网络范范围的增大大而增加。（2）同步步期限：节节点间需要要一直保持持时间同步步的时间长长度，传感感器网络需需要在各种种时间长度度内保持时时间同步，从从瞬间同步步到伴随网网络存在的的永久同步步。（3）同步步范围：需需要节点间间时间同步步的区域范范围，这个个范围可以以是地理范范围，如以以米度量的的距离；也也可以是逻逻辑距离，如如网络的跳跳数。（4）可用用性：指在在范围内的的覆盖完整整性，有些些时间同步步机制能够够同步区域域内的每个个节点，基基于网络的的机制通常常能够同步步每

52、个节点点，而有些些机制对硬硬件要求高高，仅能同同步部分节节点，如GGPS系统统。（5）效率率：达到同同步精度所所经历的时时间以及消消耗的能量量。需要交交换的同步步消息越多多，经历的的时间越长长，消耗的的网络能量量就越大，同同步的效率率相对就越越低。（6）代价价和体积：时间同步步可能需要要特定硬件件，在传感感器网络中中需要考虑虑部件的价价格和体积积，这对传传感器网络络非常重要要。4-8无线线传感器网网络的安全全研究要解解决哪些问问题？答：无线传传感器网络络的安全和和一般网络络安全的出出发点是相相同的，都都要解决如如下问题：（1）机密密性问题。所有敏感感数据在存存储和传输输的过程中中都要保证证其机

53、密性性，让任何何人在截获获物理通信信信号的时时候不能直直接获得消消息内容。（2）点到到点的消息息认证问题题。网络节节点在接收收到另外一一个节点发发送过来的的消息时，能能够确认这这个数据包包确实是从从该节点发发送出来的的，而不是是别人冒充充的。（3）完整整性鉴别问问题。网络络节点在接接收到一个个数据包的的时候，能能够确认这这个数据包包和发出来来的时候一一模一样，没没有被中间间节点篡改改或者在传传输中通信信出错。（4）新鲜鲜性问题。数据本身身具有时效效性，网络络节点能够够判断最新新接收到的的数据包是是发送者最最新产生的的数据包。造成新鲜鲜性问题一一般有两种种原因：一一是由网络络多路径延延时的非确确

54、定性导致致数据包的的接收错序序而引起，二二是由恶意意节点的重重放（reeplayy）攻击而而引起。（5）认证证组播/广广播问题。认证组播播/广播解解决的是单单一节点向向一组节点点/所有节节点发送统统一通告的的认证安全全问题。认认证广播的的发送者是是一个，而而接收者是是很多个，所所以认证方方法和点到到点通信认认证方式完完全不同。在SPIINS安全全框架中将将详细分析析广播认证证问题。（6）安全全管理问题题。安全管管理包括安安全引导和和安全维护护两个部分分。安全引引导是指一一个网络系系统从分散散的、独立立的、没有有安全通道道保护的个个体集合，按按照预定的的协议机制制，逐步形形成统一完完整的、具具有

55、安全信信道保护的的、连通的的安全网络络的过程。4-9与传传统网络的的路由协议议相比，无无线传感器器网络的路路由协议具具有哪些特特点？答：与传统统网络的路路由协议相相比，无线线传感器网网络的路由由协议具有有以下特点点：（1）能量量优先。传传统路由协协议在选择择最优路径径时，很少少考虑节点点的能量消消耗问题。而无线传传感器网络络中节点的的能量有限限，延长整整个网络的的生存期成成为传感器器网络路由由协议设计计的重要目目标，因此此需要考虑虑节点的能能量消耗以以及网络能能量均衡使使用的问题题。（2）基于于局部拓扑扑信息。无无线传感器器网络为了了节省通信信能量，通通常采用多多跳的通信信模式，而而节点有限限

56、的存储资资源和计算算资源，使使得节点不不能存储大大量的路由由信息，不不能进行太太复杂的路路由计算。在节点只只能获取局局部拓扑信信息和资源源有限的情情况下，如如何实现简简单高效的的路由机制制是无线传传感器网络络的一个基基本问题。（3）以数数据为中心心。传统的的路由协议议通常以地地址作为节节点的标识识和路由的的依据，而而无线传感感器网络中中大量节点点随机部署署，所关注注的是监测测区域的感感知数据，而而不是具体体哪个节点点获取的信信息，不取取决于全网网唯一的标识识。传感器器网络通常常包含多个个传感器节节点到少数数汇聚节点点的数据流流，按照对对感知数据据的需求、数据通信信模式和流流向等，以以数据为中中

57、心形成消消息的转发发路径。（4）应用用相关。传传感器网络络的应用环环境千差万万别，数据据通信模式式不同，没没有一个路路由机制适适合所有的的应用，这这是传感器器网络应用用相关性的的一个体现现。设计者者需要针对对每一个具具体应用的的需求，设设计与之适适应的特定定路由机制制。4-10四四种类型的的路由协议议分别是什什么？答：从具体体应用的角角度出发，根根据不同应应用对传感感器网络各各种特性的的敏感度不不同，将路路由协议分分为四种类类型。四种种类型的路路由协议分分别是：（1）能量量感知路由由协议。高高效利用网网络能量是是传感器网网络路由协协议的一个个显著特征征，早期提提出的一些些传感器网网络路由协协议

58、往往仅仅考虑了能能量因素。为了强调调高效利用用能量的重重要性，在在此将它们们划分为能能量感知路路由协议。能量感知知路由协议议从数据传传输中的能能量消耗出出发，讨论论最优能量量消耗路径径以及最长长网络生存存期等问题题。（2）基于于查询的路路由协议。在诸如环环境检测、战场评估估等应用中中，需要不不断查询传传感器节点点采集的数数据，汇聚聚节点（查查询节点）发发出任务查查询命令，传传感器节点点向查询节节点报告采采集的数据据。在这类类应用中，通通信流量主主要是查询询节点和传传感器节点点之间的命命令和数据据传输，同同时传感器器节点的采采样信息在在传输路径径上通常要要进行数据据融合，通通过减少通通信流量来来

59、节省能量量。（3）地理理位置路由由协议。在在诸如目标标跟踪类应应用中，往往往需要唤唤醒距离跟跟踪目标最最近的传感感器节点，以以得到关于于目标的更更精确位置置等相关信信息。在这这类应用中中，通常需需要知道目目的节点的的精确或者者大致地理理位置。把把节点的位位置信息作作为路由选选择的依据据，不仅能能够完成节节点路由功功能，还可可以降低系系统专门维维护路由协协议的能耗耗。（4）可靠靠的路由协协议。无线线传感器网网络的某些些应用对通通信的服务务质量有较较高要求，如如可靠性和和实时性等等。而在无无线传感器器网络中，链链路的稳定定性难以保保证，通信信信道质量量比较低，拓拓扑变化比比较频繁，要要实现服务务质

60、量保证证，需要设设计相应的的可靠的路路由协议。4-11在在设计无线线传感器网网络的MAAC协议时时，需要着着重考虑哪哪几个方面面？答：在设计计无线传感感器网络的的MAC协协议时，需需要着重考考虑以下几几个方面：（1）节省省能量。传传感器网络络的节点一一般是以干干电池、纽纽扣电池等等提供能量量，而且电电池能量通通常难以进进行补充，为为了长时间间保证传感感器网络的的有效工作作，MACC协议在满满足应用要要求的前提提下，应尽尽量节省使使用节点的的能量。（2）可扩扩展性。由由于传感器器节点数目目、节点分分布密度等等在传感器器网络生存存过程中不不断变化，节节点位置也也可能移动动，还有新新节点加入入网络的