無線傳感器網(wǎng)絡(luò)練習(xí)題

1、、填空1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包含 匯聚節(jié)點(diǎn) 、傳感器節(jié)點(diǎn) 、管理節(jié)點(diǎn) 。2. 傳感器節(jié)點(diǎn)一般由 通信模塊 、傳感器模塊 、存儲(chǔ)模塊 和電源模塊 組成。3. 無線傳感器節(jié)點(diǎn)的基本功能是： 采集數(shù)據(jù) 、數(shù)據(jù)處理 、控制 和通 信。4. 傳感器節(jié)點(diǎn)通信模塊的工作模式有 發(fā)送、接收和 空閑 。5. 無線通信物理層的主要技術(shù)包括 介質(zhì)的選擇 、頻段的選擇 、調(diào)制 技術(shù) 和擴(kuò)頻技術(shù) 。6. 擴(kuò)頻技術(shù)按照工作方式的不同，可以分為四種： 直接序列擴(kuò)頻 、 跳頻、跳時(shí) 和寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻 。7. 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)包括 無線電波 、光纖 、 紅外線 等。8. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以選擇的頻段

2、有：868MHz 915MHz和5GHz9. 傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源節(jié)能方法： 休眠機(jī)制 、數(shù)據(jù)融合 。10. 根據(jù)對傳感器數(shù)據(jù)的操作級(jí)別，可將數(shù)據(jù)融合技術(shù)分為一下三類： 決策級(jí)融合 、特征級(jí)融合 、數(shù)據(jù)級(jí)融合 。11. 根據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量分類（ 無損失融合和有損失融合 ）12. 根據(jù)數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用層數(shù)據(jù)語義的關(guān)系分類（ 依賴于應(yīng)用的數(shù)據(jù) 融合、獨(dú)立于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合、結(jié)合以上兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)融合 ）13. 定向擴(kuò)散路由機(jī)制可以分為三個(gè)階段： 興趣擴(kuò)散 、梯度建立 、路徑加強(qiáng)14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括： 時(shí)間同步機(jī)制

3、、數(shù)據(jù)融合 、路由選擇 、 定位技術(shù) 、 安全機(jī)制 等。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信安全需求主要包括 結(jié)點(diǎn)的安全保證 、 被動(dòng)抵 御的入侵能力 、 主動(dòng)反擊入侵的能力 。標(biāo)準(zhǔn)用于 無線局域網(wǎng) ，標(biāo)準(zhǔn)用于 低速無線個(gè)域網(wǎng) 。 規(guī)定三種幀間間隔： SIFS、 PIFS、DIFS。標(biāo)準(zhǔn)為低速個(gè)域網(wǎng)制定了 物理層和MAC子層 協(xié)議。ZigBee 主要界定了網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用框架層，通常它的網(wǎng)絡(luò)層支 持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 、樹形網(wǎng)絡(luò) 、星型網(wǎng)絡(luò) 。 傳感器網(wǎng)絡(luò)中常用的測距方法有： 接收信號(hào)強(qiáng)度指示 、到達(dá)時(shí)間 差 、到達(dá)角 。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)分 4層分別為： 物理層 、網(wǎng)絡(luò)層 、應(yīng)用層 、數(shù)據(jù)鏈路 層。與

4、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議具有以 下特點(diǎn)： 能量優(yōu)先 、基于局部拓?fù)?、以數(shù)據(jù)為中心 、應(yīng)用相關(guān) 。 數(shù)據(jù)融合的內(nèi)容主要包括： 目標(biāo)探測 、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) 、跟蹤與識(shí)別 、 情況評(píng)估與預(yù)測 。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息安全需求主要包括 數(shù)據(jù)的機(jī)密性 、數(shù)據(jù)鑒別 、 數(shù)據(jù)的完整性 、數(shù)據(jù)的實(shí)效性 。傳感器結(jié)點(diǎn)的限制條件是 電源能量有限 、通信能力有限 、計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限二、問答題1. 什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)？簡述其組網(wǎng)特點(diǎn)，并且試述其在實(shí)際生 活中的潛在應(yīng)用。答：無線傳感網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳 的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)特點(diǎn)：自組織性；以數(shù)據(jù)為中心；應(yīng)用 相關(guān)性；動(dòng)

5、態(tài)性；網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大；可靠性，醫(yī)療護(hù)理：使用無線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)智能醫(yī)療房間，使用微塵 來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸） 、睡覺姿勢以及每天 24 小時(shí)的活動(dòng)狀況。2. 簡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作過程， 傳感器節(jié)點(diǎn)的組成及其功能。 答：傳輸模塊，信息采集和數(shù)據(jù)交換。存儲(chǔ)模塊，控制、數(shù)據(jù)處 理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。通信模塊，無線處理、交換控制信息、 手發(fā)采集數(shù)據(jù)。 能量供應(yīng)模塊，供應(yīng)能量。3. 當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信主要選擇哪些頻段？ 答：全球、美國 915MH，z 歐洲 868MHz4. 簡述MAC協(xié)議的作用。答：MAC協(xié)議就是通過一組規(guī)則和過程來有效、有秩序和公平地使用共享介質(zhì)， 從而解決數(shù)據(jù)

6、分組之間的相互沖突， 分辨接收到的數(shù) 據(jù)，提高信道資源。5. 簡述CSMA/CA勺工作原理。答：CSMA/CA機(jī)制是指在信號(hào)傳輸之前，發(fā)射機(jī)先偵聽介質(zhì)中是否有同信道載波，若不存在，意味著信道空閑，將直進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)；若存在載波，則在隨機(jī)退避一段時(shí)間后重新檢測信道。6. 簡述路由協(xié)議的作用和功能？答：（1）尋找源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑。 ?（2）將數(shù)據(jù)分 析沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)7. 什么是數(shù)據(jù)融合技術(shù)？它在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的主要作用是什么？ 答：數(shù)據(jù)融合是一種多源信息處理技術(shù)，它通過對來自同一目標(biāo) 的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化合成， 獲得比單一信息源更精確、 完整的估計(jì)或 判決。作用在于：節(jié)省整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的

7、能量，增強(qiáng)所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 提高數(shù)據(jù)收集效率。8. 通常有哪些原因?qū)е聜鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生無效能耗？無線通信能耗與距離的關(guān)系是什么？答：空閑偵聽、數(shù)據(jù)沖突、串?dāng)_、控制開銷在無線網(wǎng)絡(luò)通信中，能量消耗 E與通信距離d存在關(guān)系：E=kdm ,隨著通信距離的增加，能耗會(huì)急劇增加。9. 簡述節(jié)能策略休眠機(jī)制的實(shí)現(xiàn)思想。答：休眠機(jī)制的主要思想： 當(dāng)節(jié)點(diǎn)周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時(shí)， 計(jì)算與通信單元處于空閑狀態(tài)， 把這些組件關(guān)掉或調(diào)到更低能耗的狀 態(tài)，即休眠狀態(tài)。10. 為什么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要時(shí)間同步？簡述 TPSN寸間同步工作原理。答：不同節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器頻率存在偏差，以及濕度和電磁波的 干擾等都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)

8、節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)行時(shí)間偏差TPSN協(xié)議采用層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先將所有節(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行 分級(jí)，然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)與上一級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步， 最終所有節(jié) 點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。11. 什么是調(diào)制技術(shù)？為什么 wsN物理層要進(jìn)行調(diào)制機(jī)制設(shè)計(jì)？答：a)?調(diào)制技術(shù)是把基帶信號(hào)變換成傳輸信號(hào)的技術(shù)。調(diào)制技術(shù) 的最終目的就是使得調(diào)制以后的信號(hào)對干擾有較強(qiáng)的抵抗作用， 同時(shí) 對相鄰的信道信號(hào)干擾較小，解調(diào)方便且易于集成。12. 簡述 ZigBee 技術(shù)的特點(diǎn)，并說明為什么在家居智能化網(wǎng)絡(luò)中 通常選擇 ZigBee 技術(shù)。答：數(shù)據(jù)傳輸速率低，有效范圍小，工作頻段靈活、省電、可靠、 成本低、時(shí)延短、安全、網(wǎng)絡(luò)容量

9、大。 因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、 流動(dòng)性，省去花在綜合布線上 的費(fèi)用和精力，而且更因?yàn)樗霞彝ゾW(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)。13. 定位技術(shù)基本術(shù)語解釋：錨點(diǎn)：通過其他方式預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的結(jié)點(diǎn)。 測距：兩個(gè)相互通信的結(jié)點(diǎn)通過測量方式來估計(jì)彼此之間的距離 或角度。鄰居結(jié)點(diǎn)：傳感器結(jié)點(diǎn)通信半徑范圍內(nèi)的所有其他結(jié)點(diǎn)。 連接度：結(jié)點(diǎn)連接度是結(jié)點(diǎn)可探測發(fā)現(xiàn)的鄰居結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；網(wǎng)絡(luò) 連接度是所有結(jié)點(diǎn)的鄰結(jié)點(diǎn)數(shù)目的平均值。跳數(shù)：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間間隔的跳段總數(shù)?；A(chǔ)設(shè)施：協(xié)助傳感器的結(jié)點(diǎn)定位的已知自身位置的固定設(shè)備。到達(dá)時(shí)間：信號(hào)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)所需的時(shí)間達(dá)到時(shí)間差：兩種不同傳播速度的信號(hào)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳播到另

10、一個(gè) 結(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間之差， 或一個(gè)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間差。 接收信號(hào)強(qiáng)度指示：結(jié)點(diǎn)接收到無線信號(hào)的強(qiáng)度大小。 到達(dá)角度：結(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對于自身軸線的角度。 視距關(guān)系：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間沒有障礙物，能夠直接通信。非視距關(guān)系：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間存在障礙物，影響了它們直接的無線 通信。三、編程1. 通過掃描方式實(shí)現(xiàn)按鍵觸發(fā) LED亮滅。利用按鍵SW5和按鍵SW6控制LED1和LED2當(dāng)按下SW5寸，LED1狀態(tài)改變；當(dāng)按下 SW6 時(shí)，LED2狀態(tài)改變。如下圖，按鍵 SW5由控制，按鍵SW咄控制； LED1和LED2分別由和控制 。要求編寫按鍵初始化程序和LED初始化程序。按鍵的初始化：將和設(shè)為普通 I/O 口，并且設(shè)置為輸入狀態(tài) 。LED初始化：將和設(shè)置為輸出且將 LED1和LED2關(guān)閉。2、如上圖，通過外部中斷改變LED1亮滅。利用按鍵SW5和 SW6觸發(fā) 和下降沿發(fā)生中斷控制LED1的亮滅。即當(dāng)按下SW5或者SW6寸，LED1 燈的狀態(tài)發(fā)生改變。要求編寫中斷初始化函數(shù)。擴(kuò)展知識(shí)：CC2530包括3個(gè)8位輸入/輸