无线传感器网络复习.docx

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无线传感器网络复习

一、填空题：

第一章

1、电磁波是由同相震荡且相互垂直的（电场和磁场）在空间以波的形式传递能量和动量，其传播方向垂直于（电场和磁场）构成的平面。

2、信道可以从狭义和广义两方面理解，狭义信道即（信号传输的媒质），分为（有线信道）和（无线信道）；广义信道按功能可以分为（模拟信道）和（数字信道）。

3、构成无线传感器网络的关键技术包括（Zigbee技术）、（RFID技术）、（GPRS技术）、（WIFI技术）等。

4、构成物联网体系结构的三个层次分别是（感知层）、（网络层）和（应用层）。

5、无线传感器网络由（传感器节点）（汇聚节点）（任务管理节点）等几部分构成。

6、无线传感器网络是大量的传感器节点以（自组织）或者（多跳）的方式构成的无线网络。

7、无线传感器网络协议栈主要分为五层：

（物理层）（MAC层）（网络层）（传输层）和（应用层）。

第二章：

1、模拟调制的调制方式分为（AM）、（FM）、（PM）。

2、数字调制的调制方式分为（ASK）、（FSK）、（PSK）。

3、物理层帧由（同步头）、（帧长度）和（PHY负载）构成。

4、扩频通信方式有（DS）（FH）（TH）和（Chirp）

5、（ISM）频段是对所有无线电系统都开放的频段，发射功率要求在1W以下，无需任何许可证。

6、造成多径传播的原因主要有（反射）（散射）（衍射）和（折射）

7、扩频通信的理论基础来源于（香农）公式

8、光纤通信、卫星通信和（扩展频谱通信）一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。

9、无线传感器网络的物理层遵循（IEEE802.15.4）标准。

10、物理层实体主要包括（基带处理电路）、（射频前端电路）和（传输媒质）。

第三章：

1、MAC层有四种不同的帧形式：

（信标帧）、（数据帧）、（确认帧）、（命令帧）。

2、MAC帧一般格式由（帧头）、（有效载荷）和（帧尾）构成。

3、分配型MAC协议采用（TDMA）（CDMA）（FDMA）和（SDMA）等技术，将一个物理信道分为多个子信道动态或静态的分配给节点，以避免冲突。

4、SMACS协议是一种（TDMA）和（FDMA）相结合的信道分配机制。

5、根据MAC使用信道数目可分为（基于单信道）、（基于双信道）和（基于多信道）。

6、根据MAC协议分配信道的方式可以分为（竞争型）、（分配型）和（混合型）。

7、比较有代表性的竞争型MAC协议有（SMAC）（TMAC）和（PMAC）等。

8、在采用周期性调度的MAC协议中，如果一个节点在邻居节点准备向其发送数据时进入了睡眠状态，这种现象称为（早睡）。

9、比较典型的分配型MAC协议有（SMACS）（TRAMA）和（DMAC）等.

10、TRAMA协议由三部分组成：

（邻居协议（NeighborProtocol，NP））、（分配交换协议（ScheduleExchangeProtocol，SEP））和（自适应选举算法（AdaptiveElectionAlgorithm，AEA））。

10、ZMAC协议属于混合型MAC协议，采用（CSMA）机制作为基本方法，在竞争加剧时使用（TDMA）机制来解决信道冲突问题。

第四章：

1、无线传感器网络路由层根据不同的应用将路由协议分为五类：

（以数据为中心的路由协议）（分层结构的路由协议）（地理位置信息的路由协议）（可靠的路由协议）和（按需路由协议）。

2、分层结构的路由协议可分为两种模式：

（单层模式）和（多层模式）。

3、SPIN协议解决了泛洪协议和谣传协议的（内爆）和（重叠）现象。

4、在设计无线传感器网络中需要满足下列传感器网络路由协议的要求（能量高效）（可扩展性）（鲁棒性）（快速收敛性）（数据融合技术）和（流量分布）。

5、SPIN协议采用（三次）握手协议来实现数据的交互。

6、SPIN协议运行过程中使用三种报文数据：

（ADV）、（REQ）和（DATA）。

7、DD算法是一种基于（数据相关）的路由算法，汇聚节点周期性地通过泛洪的方式广播一种称为（兴趣）的数据包

8、DD路由协议中引入了几个基本概念：

（兴趣）、（梯度）和（路径加强）。

整个过程可以分为（兴趣扩散）、（梯度建立）和（路径加强）三个阶段。

9、PEGASIS协议的实现过程可以分为两个阶段：

（成链阶段）和（数据传输阶段）。

10、GPSR（GreedyPerimeterStatelessRouting）协议是一种直接使用地理位置信息建立路由路径的方法，GPSR协议算法中使用了（贪婪）策略。

11、GPSR协议中有两个主要核心问题：

（最佳主机问题）和（边界转发策略问题）。

12、GAF（GeographicalAdaptiveFidelity）协议是一种使用地理位置信息作为辅助的路由协议，GAF协议中需要解决三个问题：

（等价节点的确定）、（分布式协商算法）以及（对节点移动的自适应）。

13、在SPEED协议中，节点记录到邻居节点的通信延迟，用来表示网络局部的通信负载。

通信延迟主要是指（发送延迟），而忽略（传输延迟）。

14、DSR协议由两部分组成，即（路由发现过程）和（路由维护过程）。

第五章：

1、无线传感器网络的时间同步方法可以将其分为三类：

排序、相对同步和（绝对同步）;外同步和（内同步）;全网同步和（局部同步）。

2、典型的时间同步协议有（DMTS）、（RBS）和（TPSN）。

3、数据融合策略可以分为（应用层数据融合）（路由层数据融合）和（独立的数据融合）。

4、定位技术分为（节点自身定位）和（目标节点定位）。

5、RBS协议可以适用于（单跳）网络和（多跳）网络中。

6、无线传感器网络中数据融合的作用主要集中在（节省整个网络的能量）、（增强数据的准确性）和（提高收集数据的效率）三个方面。

7、目前较为流行的定位系统包括（GPS全球定位系统）、（伽利略系统）、（北斗系统）和LORAN系统等。

8、密码系统的两个基本要素是（密码体制）和（密钥管理）。

9、无线传感器网络密钥预分配模型根据分配方式可以分为（预安装模型）、（确定预分配模型）和（随机预分配模型）。

10、容错领域有三个基本概念：

（失效）、（故障）、（差错）。

11、无线传感器网络中的故障可以分为三种：

（部件故障）、（节点故障）和（网络故障）。

12、可以把传感器部件故障归纳为以下四种：

（固定故障）（偏移故障）（倍数故障）和（方差下降故障）。

第六章：

1、按照OSI模型，Zigbee网络分为四层，从下向上分别为（物理层）（MAC层）（网络层）和（应用层）。

2、Zigbee网络中的设备按照各自作用的不同可以分为（协调器节点）、（路由器节点）和（终端节点）。

3、Zigbee网络支持三种拓扑结构：

（星型）、（树型）和（网状型结构）。

4、Zigbee网络中协议栈的层与层之间通过（服务接入点（SAP））进行通信。

5、Zigbee可以工作在（2.4GHz）、（868MHz）和（915MHz）三个频段上。

6、Zigbee的物理层在三个频段上分别划分了

（1）个、（10）个和（16）个信道。

7、Zigbee的应用层由（应用支持子层（APS））、（Zigbee设备对象（ZDO））和（制造商定义的应用对象）组成。

8、常见的Zigbee的协议栈分为三种类型：

（非开源）（半开源）和（开源）。

第七章：

1、根据标签的供电方式可以将RFID系统分为（有源）（无源）和（半有源）

2、根据标签的工作频率可以将RFID系统分为（低频）（高频）（超高频）和（微波）

3、RFID系统由（读写器）（标签）和（应用系统）组成

4、ISO/IEC制定的RFID标准可以分为（技术标准）、（数据标准）、（性能标准）和（应用标准）四类。

5、我国常用的两个非接触智能卡标准为（ISO14443）和（ISO15693）两种。

6、EPCGlobal体系架构分为（EPC物理对象交换标准）、（EPC基础设施标准）和（EPC数据交换标准）三部分。

7、RFID读写器由（射频接口）、（逻辑控制单元）和（天线）三部分组成。

8、根据射频识别系统作用距离的远近情况，射频标签天线与读写器天线之间的耦合可分为三类：

（密耦合系统）（遥耦合系统）（远距离系统）。

第八章：

1、蜂窝移动通信是采用（蜂窝无线组网）方式，在（终端）和（网络设备）之间通过无线信道连接起来，进而实现用户在活动中可以互相通信。

2、GPRS是一种以（GSM）为基础的数据传输技术。

3、GPS属于第

（2）代移动通信技术

4、常见的蜂窝移动通信系统按照功能的不同分为：

（宏蜂窝）（微蜂窝）和（智能蜂窝）。

5、GSM业务按ISDN的原则可分为（电信业务）和（数据业务）。

6、GSM系统网络结构主要包括三个相关的子系统，它们是（基站子系统（BSS））、（网络子系统（NSS））和（操作支持子系统（OSS））。

7、GPRS的三大特点：

（高速数据传输）（永远在线）和（按数据流量计费）。

8、第三代移动通信主要提出了三个标准：

（WCDMA）（CDMA2000）和（TD-SCDMA）。

9、三网融合中的三网是指（电信网）（互联网）和（广电网）。

第九章：

1、IEEE802.11定义了两种基本服务单元（AdHoc模式）和（固定模式）。

2、IEEE802.11标准规范逻辑结构包括了无线局域网的（物理层）和（媒体访问控制层（MAC））。

3、IEEE802.11标准定义的MAC层协调功能可选择（点协调）和（分布式协调）两种模式。

第十章：

1、网关根据应用领域的不同，分类也不同，一般可以分为（协议网关）（应用网关）和（安全网关）。

2、无线传感器网络网关属于（协议网关）的一种，可以转换不同的协议。

二、简答题

1、简述无线传感器网络的定义、目的与特点。

无线传感器网络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。

其目的是协作地感知、采集和处理传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。

特点是：

大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、应用相关网络和以数据为中心。

2、简述物理层的功能并画出物理层参考模型。

物理层的主要功能是在一条物理传输媒体上，实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。

它为链路层提供的服务包括：

物理层连接的建立、维持与释放，物理服务数据单元的传输，物理层管理，数据编码。

（或者

802.15.4标准的物理层所实现的功能包括数据的发送与接收、物理信道的能量检测、射频收发器的激活与关闭、空闲信道评估、链路质量指示和物理层属性参数的获取与设置。

这些功能是通过物理层服务访问接口来实现的。

）

参考模型

3、简述MAC层的功能并画出MAC层参考模型。

IEEE802.15.4标准定义MAC子层具有以下几项功能：

●采用CSMA/CA机制来访问信道。

●PAN（PersonalAreaNetwork，个域网）的建立和维护。

●支持PAN网络的关联（加入网络）和解除关联（退出网络）。

●协调器产生网络信标帧，普通设备根据信标帧与协调器同步。

●处理和维护保证GTS（GuaranteedTimeSlot，同步时隙）。

●在两个对等MAC实体间提供可靠链路。

参考模型

4、简述竞争型MAC协议和分配型MAC协议的优点，并分别列举竞争型与分配型有代表性的协议（每种类型不少于两个）。

竞争型MAC协议优点：

●可根据需要分配信道，所以这种协议能较好地满足节点数量和网络负载的变化

●能较好地适应网络拓扑的变化

●不需要复杂的时间同步或控制调度算法

●比较有代表性的竞争型MAC协议有SMAC协议、TMAC协议和PMAC协议

分配型MAC协议优点：

●无冲突

●无隐蔽终端问题

●易于休眠，适合于低功耗网络

●比较有代表性的SMACS、TRAMA、DMAC协议

5、简述无线传感器网络路由协议的功能和特点。

无线传感器网络路由协议从功能上来讲是将数据从源节点传输到目的节点的机制。

无线传感器路由协议的主要设计目标是在满足应用需求的同时降低网络开销，取得资源利用的整体有效性，扩大网络容量，提高网络吞吐量。

与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以下特点：

能量受限、基于局部拓扑信息。

以数据为中心、应用相关

6、简述数据融合技术的定义和要点。

数据融合是将来自多个传感器和信息源的多份数据或信息进行相关的处理，去除冗余数据，组合出更有效、更符合用户需求的数据的过程。

对于无线传感器网络的应用，数据融合技术主要用于处理同一类型传感器的数据。

数据融合的定义有三个要点：

●数据融合是多信源、多层次的处理过程，每个层次代表信息的不同抽象程度。

●数据融合过程包括数据检测、关联、估计与合并。

●数据融合的输出包括低层次上的状态身份估计和高层次上的总战术态势评估。

7、无线传感器网络时间同步需要重点解决那些问题。

无线传感器网络时间同步需要重点解决以下三个方面的问题：

●如何设计时间同步协议，使得同步精度尽可能高，即同步误差尽可能得小。

●如何设计满足应用需求的低功耗的时间同步协议，以尽可能地延长网络的生命周期。

●如何设计可扩展性强的时间同步协议或算法，以适应不断扩大的网络规模和由此带来的系统动态性的增强。

8、简述Zigbee的定义与特点。

Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输（包括典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据）的应用。

其特点是：

低功耗、低成本、大容量、可靠、时延短、灵活的网络拓扑结构。

9、简述RFID的工作原理。

RFID系统由读写器、标签和应用系统组成。

其主要的工作原理简单描述如下：

●由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号。

●当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置的射频天线发送出去。

●读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理。

●读写器的应用系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。

10、简述GPRS技术的特点。

高速数据传输：

速度为GSM的10倍，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件。

永远在线：

由于建立新的连接几乎无需任何时间（即无需为每次数据的访问建立呼叫系统），随时都可以与网络保持联系。

仅按数据流量计费：

根据用户传输的数据量来计费，而不是按上网时间计费。

只要不进行数据传输，一直在线也无需付费。

三、应用题

1、完整的GPSR协议结合使用贪婪算法和边界转发算法来实现数据向目的节点的传播。

网络中以贪婪转发为主，当贪婪算法找不到下一跳节点时，在平面图中使用边界转发算法决定下一跳。

请以下图为例，依据右手法则画出信息由源节点S到达目的节点D的路径。

2、假设汇聚节点要查询房间101～104中湿度值大于80%的最大值，低于80%的值将会被过滤掉，并且每个节点采集的数据包括房间号和湿度值。

节点4（101，80%），节点8（104，78%）根据数据融合策略，请标出剩下所有节点传输给下一节点的数据。

3、在DSR协议的路由发现过程中，中间节点会对路由路径进行一些处理，包括中间节点收到来自同一个源节点，并且请求ID相同的请求报文，中间节点将选择最优路径的报文而丢弃其它的请求报文。

请根据DSR协议的路由发现过程，按照已有的标注方式补全下图所有的报文传播方向以及箭头上的路由信息，并写出由源节点A到目的节点D的最优路径。

最优路径：

A—B—E—D