传感器网络复习

一・、填空题1、传感器网络的三个基本要素：传感器，熟知对象，观察者口2.三线通信物强J■的主要技术包括：介质的比择，因段的比择，-国制投术和扩翅技术，八无线传感器网络特G：大规暇网络、自生纭网路,三重的网络、鼠救喏为二心的阿洛、应用何关的可弱「4.无线传感器网斜的关键技术主要包括：司融扑控司、网络协议、时间同步、定位技求、数据融合及菅理网络安全，应用.二技术等。心传感器节点由传感器镇块、处理器镇块、无现通信模块和能量供应模决四部分组成.6、无爱传感器网络的更应模关分为：通信檀法、传名候法..计运农块、存透瞪坑和电源模块，八传感器网率的支撑技术包括：定位技术、时间同步、数据融合、能量管理、安全机制.后、传感器节G通信箱剪的二作假式育发之.接收和空压n9、传感龄=二.的能耗主要更「在道住琼块工10,当前传统器网络应用最广的两种通信协议是工zigbee、IEEE802J11.ZigEet主要界定了网络、安全和应用根架层.迫武工的网络层支持三种拓扑结构二星型（M亚）河构、网状"Mes?..,结构、族酎室（Cluster二二s自涌构「12＞柜据对传感器数据的操作皴别，可将数据融合技术分为以下三弟：特怔级融合，数据纵融合，决薨堀融合，13.信道可以从侠义和广义两方面理解，侠义的信道L信号输出的媒质），分为（有线信道和无线信道）；亡文信道〔巨括除除传输探质还包括有关的转换器）广义信道加照功能可以分为《模拟信道）和〔数字信道:.14.任意相邻区域•使用无频率交叉的频道是，如：晨6,口颍道：13..匚线传感器网络可以透择的扬段百：868MH2.乳油位、2.4CHA5/-Z.is,无线通信物理层的主要技术包括：介质的选择、城段的选择、调捌技术和r频技术.17，IEEE配21讥痂准主要餐括:物理信知MACW的标准.传感器网络中常用的测距方法有:到达时间.■■到达时间差仃ciA/TD口外、接收信号道度指示（RS£I）、到达角QXqA）l.无线传感器网络的协谈栈包括物理层、（数据链路层＞、［网络层）、传输层和（应用层）r还包括能量管号、移动管理和任芬管兰等平台；.无线传感器节点处手工发送状态:I.接收状密、侦听状态和［睡眠状态）时单位时间内消耗的育LE是依次减少的二2UIEEE$02,134标然将无线传感器网络的数据捶路层分为两个孑层,即（逐辑掖路孑层LLC）和C介质访问控制F，WMAC1＞£L互曲光的最低两层即腿层和姒C层使用（工EEEgQNL3.&协议）标准，而网络层和应用层由Zifibe^盟制1匕23无线传感器网络的时间同步方法有很多r按照网络应用的深度可以划分三种：f茴单排序）、（相对同步）和《绝对同步JC33.无线传感器网络的时间同发方法有很多，按照时间同步的参考时间可以划分为（内同步）和《外同步》o24.无线传感器网络的时司同步方法官很妥.，电髡需要比另同步的不同应用需求以及同步对象的范隹.不同二以划分为〔司郡司步〕三£喳可同步〕.国.物理0帧工问步头，物狗花头和巴了负毂构成。.MAC层有四种不同的帧形式： 信标帧,数据帧,碓1帙r命令帧.27-毗£-一般喀寸F :l-匚：-'IL-i.-Lf和 1冶：是啕一：.典型的时间同步协议有： 1m5协议， FB勃设和TF泄斑差,SO.敌据电合的党略三以分为； 三用层鸵据建合， 路♦三♦五省合"】祖立的一提三合计二三：.定位技术分为：/边定位/三边定位和接收信号黄度定位.32,按照口51慢型，Zigbee网络分为47.从不向上好同为 S座二,昵虎.质各二二二_立月层：37,按高移动逐'言是充U 工:最汨叼方式、在丁后和可络设备一可通过王然号道连接起来,进而实现日尸在活动二:以互相通咤33、GPRS/一种以全球手机系统EGS⑴为基础的基掘住输林木,怎—出的延装；311VIFI会称为H'irtl-ss附加1」「又竹，.土为支二』•W的信大优点就是传物乏度较高.，可以达致11.'：js:40nIEEEB02.11标准期整雯辑结枸包括了无线局域网的物理层和媒体访问控制层.1L1为『年完成并公布的工EEE做工11标惟的展初版本支持二种可选的物理层;调频序列犷频，直接序列和巨外物理层.42,网关根据应目领冢的不同.分类也不同.一般司一以分为二 例试网关，应日退关和守全网三：43.无线传感器网络随关属于协议网关 的一种,可以转换不同的协议.J为什也无线传感需网.络丽要时间同市.，而逑RBITP软时向同步■算注二作原理？在分布式的丁•.线传感器网络应用二.亘个传感器下点都看自己的本沌时钟一不同可、的晶彼张莪器频率存在偏差，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；加£同步燃；工的基本在坦是要十节二接收程一个同步缶W.然后多个收到同步信号的节直之间进行同岁.立刊同步算法梢除了同步信号发送一方的时间不嚼定性.这种同步协议的跳点是协议开箱大TFSN梆次采用层次型网络结枸r首先将所有节点按照层次结构进行分锻r•然后毋个节点与上f的一个节点产行厂间同步.最终所有三点都与根节点时间五步;4.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、延长网路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。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）有效功能：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的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。5、无线传感器网络的路由协议具有哪些特点？1）能量优先，（2）基于局部拓扑信息（3）以数据为中心（4）应用相关6.什么是数据融合技术，它在传感器网络中的作用是什么？数据融合是一种多源信息处理技术，它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。在传感器网络中的作用在于；节省整个网络的能量，增强所收集数据的准确性，提高数据收集效率。第一章：.无线传感网与自组织网络的主要异同点有哪些？答：无线传感网是自组织网路的一种典型应用，虽然具有移动自组织特征，但与传统的移动自组织网络相比，又有不同之处，主要区别有以下几点：1）无线传感网以数据为中心；2）在通信方式方面，无线传感网节点主要使用广播通信，而别自组织网络节点采用点对点通信；3）在网络节点的处理能力方面，自组织网络的处理能力较强，而无线传感网节点的处理能力、计算能力和存储能力都有限；4）在网络节点规模方面，无线传感网包含的节点数量比自组织网络高几个数量级；5）由于无线传感网节点数量的原因，其节点没有统一的标示。.简述无线传感网发展历史的阶段划分和各阶段的技术特点？答：第一阶段：传统的传感器系统，其特征在于；传感器节点只产生探测数据流，没有计算能力，并且相互之间不能通行。第二阶段；无线传感网节点集成化，其特征在于；主要在军事领域展开，并成为网络中心战体系中的关键技术。第三阶段；多跳自组网，其特征在于：网络传输自组织、节点设计低功耗。第二章；.简述目前无线传感网使用的频段及其传输速率？答；基于ZigBee的无线网络所使用的工作频段为868MHz、915MHz和2.4GHz，最大数据传输速率为250kbps；.简述目前主流的近距离无线通信技术及其特点？答：1）ZigBee技术，其特点是；近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本；2）红外通信技术，其特点是；点对点无线传输方式，且需要对准方向；传输中间不能有障碍物，几乎无法控制信息传输的进度。3）蓝牙技术，其特点是：抗信号衰弱能力强；链路稳定，随机噪音影响小；使用2.4GHZISM频段，无须申请许可证；可同时支持数据、音频、视频信号；采用FM调制方式，降低设备的复杂性。4）WiFi技术，其特点是：传输速率高、可靠性高、建网快速便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低廉。5）UWB技术，其特点是：短距离、高传输速率、低发射功率。.简述目前主流广域网互联无线通信技术及其特点？答；1）GPRS和EDGE技术，其特点是；数据服务速率高、能节约网络投资、可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。2）WiMAX技术，其特点是：QOS保障、传输速率高、业务丰富多样。3）3G技术，其特点是：更高的数据速率和更加丰富的视频业务。4）LTE技术，其特点是：更高的通信速率；高频谱效率；QoS保证；降低了无线网络时延；向下兼容；支持1.25—20MHZ间的多种系统带宽。第三章；1.IEEE802.11MAC协议的工作模式是什么？答：分布式协调（DCF）工作模式和点协调（PCF）工作模式。EEE802.11MAC协议的DCF、PCF的主要内容是什么？答：DCF：在DCF工作方式下，节点在侦听到无线信道忙之后，采用CSMA/CA机制和随机退避机制，实现无线信道的共享。PCF:在PCF工作方式下，通过访问接入点协调节点的数据收发，通过轮询方式查询当前哪些节点有数据发送的请求，并在必要时给予数据发送权。.简述T-MAC协议的工作原理以及关键技术答：工作原理：在T-MAC协议中，数据的发送都是以突发方式进行的。其中每个节点都周期性地唤醒、进入活跃状态、和邻居进行通信，然后进入睡眠状态，直到下一个周期开始。同时，新的消息在队列中进行缓存。节点之间进行单播通信，使用RTS/CTS/DATA/ACK的方法，以确保避免碰撞和可靠传输。关键技术：周期性侦听的同步；RTS操作和Ta的选择；避免串扰；早睡问题；.简述sift协议的工作原理和主要优缺点答：工作原理；该协议采用CSMA机制，竞争窗口长度固定，在窗口内每个时隙通过非均匀概率分布来确定是否发送。Sift协议是基于事件驱动的WSN竞争MAC协议。优缺点：①网络中的数据传输由事件驱动，存在空间相关的竞争；②不是所有节点都需要报告事件；③节点的密度是时变的。.基于竞争的MAC协议的主要特点是什么？答：1）基于竞争的MAC协议是根据需要分配信道，所以这种协议能较好地满足节点数量和网络负载的变化。2）基于竞争的MAC协议能较好地适应网络拓扑的变化。3）基于竞争的MAC协议不需要复杂的时间同步或集中控制调度算法。.简述DEANA、TRAMA协议的基本思想和工作原理答：DEANA的基本思想：.简述DMAC协议的基本思想和工作原理答：基本思想：大多数无线传感网应用中，主要的通信流量是由节点采集数据后向一个sink节点汇聚的单向树状模式。根据汇聚树的特点提出的DMAC协议是基于S-MAC和T-MAC协议的思想，DMAC协议采用预先分配的方法来避免睡眠延迟。工作原理：DMAC协议引入了一种交错的监听睡眠调度机制，保证数据在多跳路径上的连续传输，也引入了一种更新机制，使占空比能自适应调整。第四章1.IEEE802.15.4中规定的MAC帧包括哪些类型？答：1）信标帧：负载数据为上层协议提供数据传输接口。2）数据帧；用来传输上层发到MAC子层的数据，它的负载字段包含了上层需要传送的数据。3）确认帧；用于数据接收成功后发送以确认。4）命令帧；用于组建PAN网络，传输同步数据。.简述ZigBee与IEEE802.15.4标准的联系与区别。答：联系：IEEE802.15.4仅定义了物理层和MAC层的规范。基于IEEE802.15.4标准的ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术。ZigBee协议栈建立在IEEE802.15.4的PHY层和MAC子层规范之上。它实现了网络层和应用层。区别：IEEE802.15.4标准有IEEE负责制定，而ZigBee协议由ZigBee联盟制定。.简述ZigBee协议体系结构答：1）物理层/数据链路层：物理层与物理传输媒介相关，负责物体媒介与数据比特的相互转化，以及数据比特与上层一一数据链路层数据帧的相互转化。数据链路层负责寻址功能，发送数据时决定数据发送的目的地址，接收数据时判定数据的源地址。2）ZigBee堆栈层：ZigBee堆栈层有网络层与安全平台组成，提供应用层与IEEE802.15.4物理层/数据链路层的连接，由与网络拓扑结构、路由、安全相关的几个堆栈层次组成。3）应用层：应用层包含在网络节点上运行的应用程序，赋予节点自己的功能。应用层的主要功能是将输入转化为数字数据，或者将数字数据转化为输出。第五章：.无线传感网路由协议的分类方法有哪些？答；1）按源节点获取路径策略，划分为主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议。2）按通信的逻辑结构，划分为平面路由协议和层次路由协议。3）按路由的发现过程，划分为基于地理位置和基于查询的路由协议。.能量感知路由的基本原理是什么？答；能量感知路由协议从数据传输中的能量消耗出发，讨论最优的能量消耗路径。根据节点的可用能量或传输路径上链路的能量需求，选择数据的转发路径。.简述层次路由协议LEACH协议的原理和工作过程答：低功耗自适应聚类分级LEACH协议（LOWEnergyAdaptiveClusteringHierarchy）是无线传感器网络中最早被提出来的分层路由算法。LEACH可以将网络整体的生存时间延长15%,其基本思想是通过随机循环地选择簇头节点，将整个网络的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，首先随机选择一个节点作为簇头，簇头开始发送广播消息，然后其他普通子节点根据信号强弱选择要加入的簇群。簇头按照TDMA的方式分给每个普通子节点一个时隙，并广播消息。普通子节点在规定的时隙内向簇头发送数据。第八章：.无线传感网定位技术的含义是什么？答；无线传感网定位技术包括传感器节点的自身定位和对监控目标的定位。.简述无线传感网的定位方法和分类？答：1）根据是否依靠测量距离，分为基于测距的定位和不需要测距的定位。（2）根据部署的场合不同，分为室内定位和室外定位。（3）根据信息收集的方式，网络收集传感器数据用于节点定位被称为被动.简述以下术语的含义：锚点、测距、连接度、到达时间差、接收信号强度指示、视距。答：（1）锚点：指预先获得位置坐标的节点，也被称作锚点。其余节点被称为非锚点。（2）测距：指两个相互通信的节点通过测量的方式来估计出彼此之间的距离或角度。（3）连接度：包括节点连接度和网络连接度两种含义。节点连接度是指节点可探测发现的邻居节点个数。网络连接度是所有节点的邻居节点数目的平均值，它反映了传感网节点配置的密集程度。4）到达时间差：发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及这两种信号的传播速度计算两个节点之间的距离。（5）接收信号强度指示（ReceivedsignalStrengthIndicator,RSSI）：节点接收到无线信号的强度大小，被称为接收信号的强度指示。6）视距：如果传感器的两个节点之间没有障碍物，能够实现直接通信，则称这两个节点间存在视线关系。第七章：.无线传感网时间同步的作用是什么？答；首先，传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。其次，传感网的一些节能方案是利用时间同步来实现的。.无线传感网常见的时间同步机制有哪些？答：RBS同步机制；Tiny-sync/Mini-sync同步机制；TPSN时间同步协议。.简述TPSN时间同步协议的工作原理答：TPSN协议采用层次型网络结构，首先将所有