無線傳感器期末復習知識點

1、1.無線傳感器節(jié)點一般包括那三種組件?無線模塊、傳感模塊、可編程模塊2.ZigBEE標準定義了哪幾種傳輸方式？周期數(shù)據(jù)傳輸、間歇性數(shù)據(jù)傳輸、重復低時延傳輸3.無線傳感器網(wǎng)絡概念?是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監(jiān)測和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點，以實現(xiàn)復雜的指定范圍內目標檢測與跟蹤，具有快速展開，抗毀性強等特點，有著廣闊的應用前景。4.傳感器網(wǎng)絡的三個基本要素：傳感器，感知對象，觀察者5.三種主要的標準化：ZigBEE標準、WirelessHART標準、6LowPAN標準1.無線傳感器網(wǎng)絡主要在以下6個應用領域得到了迅速發(fā)展軍事應用 .環(huán)境應用&

2、#160;.醫(yī)療應用.家庭應用 .工業(yè)應用 .智慧城市2.簡述影響傳感網(wǎng)設計的因素有哪些？硬件限制、容錯（可靠性）、可擴展性、生產成本、傳感網(wǎng)拓撲、操作環(huán)境（應用）、傳輸媒介、能量消耗（生命周期）3.無線傳感設備有哪幾個基本部件組成的？每個部件的主要作用是什么？傳感單元：感應單元具有從外界收集信息的能力。根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，傳感器產生模擬信號，然后被ADC轉換成數(shù)字信號，送入處理單元。處理單元：控制傳感器節(jié)點執(zhí)行感知操作、運行相應的算法并控制與其他節(jié)點無線通信的整個過程。收發(fā)機單元：實現(xiàn)兩個傳感器節(jié)點間的通信。能量單元：為傳感器節(jié)點的每個部件供電。定位系統(tǒng)：提供傳感器節(jié)點的物

3、理位置。移動裝置：與傳感單元協(xié)作，完成操作，并由處理單元控制傳感器節(jié)點的移動。供能裝置：熱能、動能和振動能量的能源采集技術來產生能量。4.無線傳感器網(wǎng)絡預部署策略應滿足那些需要？減少安裝成本、消除任何預組織與預計劃的成本、增加組織的靈活性、提升自組織與容錯性能5.對于收發(fā)機，數(shù)據(jù)通信功耗模型構成？發(fā)射機輸出的功率、收發(fā)機電子器件消耗的能量6.請寫出發(fā)射機和接收機簡化能量模型的功耗計算公式。 7.若使網(wǎng)絡的容錯率達到99%，廣播半徑內需要部署多少傳感器節(jié)點？假定每個節(jié)點有相同的可靠性，前面的等式變?yōu)椋篟(t)=1-1-R0(t)n 代入 f = (1-R0)，0.99 = (1 fN)，f=0.

4、1N=28. 源節(jié)點與Sink節(jié)點相距500米，節(jié)點的廣播半徑為10米，那么將1 Mbit 的數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸?shù)絊ink節(jié)點處，使用能量簡化模型需消耗多少能量500 meters / 10meters = 50發(fā)送 /接收節(jié)點對 (一個節(jié)點發(fā)送，一個節(jié)點接收)ETx (k,D) = Eelec * k + eamp * k * d2，ETx = 50 nJ/bit * 10-6 *103 + 100 pJ/bit/m2 . 10-9 *103 *102 =0.05J + 0.01 J = 0.06 J，ERx (k,D) = Eelec * k ，ERx = 0.05 J，Epair = ET

5、x + ERx = 0.11J ，EALL=50* Epair = 50* 0.11 =5.5 J1.物理層主要任務是什么？物理層能實現(xiàn)哪些功能？任務：將比特流轉換成適合在無線信道中傳輸?shù)男盘?。功能：為?shù)據(jù)終端設備提供傳送數(shù)據(jù)的通路傳輸數(shù)據(jù)其他管理工作。2.WSN RF通信的主要技術包括哪些？窄帶通信、擴頻和超寬帶（UWB）技術3.簡述窄帶通信最不適用于WSN的原因是什么？該技術是以犧牲能量效率來換取寬帶效率的。最主要的是隨著調制級數(shù)的增加，帶寬效率緩慢提高但能量效率顯著下降。4.簡述RF 無線通信中，發(fā)送端和匯聚節(jié)點傳播信息的步驟。A信源編碼（數(shù)據(jù)壓縮）：在發(fā)送端，用信源編碼器對信源進行編碼

6、，信源編碼就是根據(jù)信息的統(tǒng)計特性用一些信息位表示信息源，組成源碼字。信源編碼同時包含了數(shù)據(jù)壓縮。B信道編碼（差錯控制編碼）：信道編碼器對源碼字進行編碼以減少無線信道差錯對信源產生的影響，信道編碼包括差錯控制編碼。C交織和調制：經過信道編碼的碼字進行交織來抑制突發(fā)錯誤，交織技術可以避免大片連續(xù)誤比特的情況。D無線信道傳播：傳輸波形在信道中傳播。5請解釋分組碼碼組參數(shù)含義碼組（n,k,t),n是分組長度、k是信息長度、t是最大糾錯位數(shù)。6.簡述目前主要的三種調制方法。A幅移鍵控（ASK）：ASK調制根據(jù)將要發(fā)送的比特來調制波形的振幅。最簡單的ASK調制形式是開關控鍵（OOK），它在數(shù)字1時發(fā)送波形

7、而在數(shù)字0時不發(fā)送波形。B頻移鍵控（FSK）：波形的頻率隨著發(fā)送信息比特的變化而變化。根據(jù)信號選擇頻率的不同，可以在匯聚節(jié)點把信號檢測出來。C相移鍵控（PSK）：PSK根據(jù)發(fā)送比特改變波形的相位(t)。相應地在匯聚節(jié)點可以根據(jù)接收信號的相位變化將發(fā)送比特映射出來。7.簡述造成無線信道失真的原因主要有哪幾種？衰減Attenuation：信號強度隨距離的增加而減弱。反射與折射Reflection/refraction：信號在表面反彈; 進入材料。衍射Diffraction：陡峭邊緣產生新波形。散射Scattering：粗糙表面的多重反射8對于自動請求重傳，采用CRC-16差錯監(jiān)測機制，數(shù)據(jù)包的有效

8、載荷為l比特，其發(fā)送信號的誤包率是多少？9簡述IEEE802.15.4網(wǎng)絡拓撲結構有哪幾種？星狀、網(wǎng)狀、樹狀1WSN中，介質訪問控制協(xié)議分為哪幾類？這些方案依賴于哪兩種基本的多址接入機制？（1）基于競爭的MAC、基于預留的MAC、包含以上兩種方案的混合MAC。（2）載波偵聽多址接入（CSMA）和時分多址接入（TDMA）簡述WSN 中，在通信過程中能耗主要來源于哪些方面？碰撞：在無線信道上，若有兩個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，則這兩個發(fā)送節(jié)點都將發(fā)射不成功，會造成能量的大量浪費。持續(xù)偵聽：在WSN中的接收節(jié)點無法預測數(shù)據(jù)何時到達，另外每個節(jié)點還需要偵聽各節(jié)點的擁塞狀況，節(jié)點須始終保持偵聽狀態(tài)，以防特殊情況

9、的發(fā)生，這里包含了許多沒必要的偵聽，浪費了許多能量?？刂崎_銷：為了保證無線傳感器網(wǎng)絡的可靠性，MAC層協(xié)議需要使用一些控制分組來調節(jié)節(jié)點狀態(tài)，這些控制分組中不存在有用的數(shù)據(jù)，要消耗一部分的能量。什么是載波偵聽？什么是虛擬載波偵聽？簡述載波偵聽退避機制工作原理。（1）載波偵聽：指節(jié)點在特定時隙偵聽信道，為接入無線信道的活動做準備。（2）虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)：源站將它還要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認幀所需時間）在其 MAC 幀首部字段“持續(xù)時間”中填入指示給所有其他站，其他所有站會在這段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù), 大大減少了沖突的機會。（3）一旦當前的傳輸結束

10、，節(jié)點會等待另一個IFS。若信道在此期間保持空閑，則在發(fā)送自己的數(shù)據(jù)包之前，節(jié)點會在一系列數(shù)值之中隨機選擇一個作為等待時隙的數(shù)目。退避通過定時器執(zhí)行，每經過一個被稱為時隙的特定時間段就會遞減退避定時器的計數(shù)，節(jié)點進入退避周期后，第一個退出退避的節(jié)點在時鐘計時結束時開始傳輸。其他終端檢測到新的傳輸并暫停它們的退避計時器直到當前傳輸完成，在下一個競爭周期中重新開始計時。請圖示畫出802.11 MAC的 CSMA/CA源站、目的站點以及其它站點信道訪問機制。5. 802.11MAC 中，無線站點監(jiān)聽時如何判定信道“忙”？為何無線站點監(jiān)聽到信道空閑還要再等待？（1）A：802.11 標準規(guī)定在物理層的

11、空中接口進行載波監(jiān)聽，通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數(shù)值來判定是否有其他的無線站點在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）A：此時可能有多個站點都在監(jiān)聽，而其他的站點可能有更高優(yōu)先級的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送（高優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時間較短，可優(yōu)先獲得發(fā)送權，低優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時 間較長，須等待較長時間。SIFS > PIFS > DIFS > EIFS）7.簡述使用 SIFS 幀間間隔的場合？應答 ACK 幀；應答 CTS 幀；過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀；應答 AP 探詢幀；PCF 方式中接入點 AP 發(fā)送出的任何幀。什么是隱終端？什么是顯終端？

12、無線通信中常用什么方法解決應終端問題以及現(xiàn)終端問題？隱終端是指在接收接點的覆蓋范圍內而在發(fā)送節(jié)點的覆蓋范圍外的節(jié)點。顯終端是指在發(fā)送接點的覆蓋范圍內而在接收節(jié)點的覆蓋范圍外的節(jié)點。CSMA/CA機制簡述802.11MAC二進制指數(shù)退避方法第 i 次退避時，在 2i+2 個時隙中隨機選擇一個。例 第1次退避在8個時隙中隨機選擇一個（以太網(wǎng)第1次沖突后在2個時隙中選）；第2次退避在16個時隙中隨機選擇一個（以太網(wǎng)那第2次沖突后在4個時隙中選）。根據(jù)該時隙數(shù)設置一個退避計時器進行減1計時，當計時器時間減小到0時就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。若時間還未減到0信道又變?yōu)槊?，則凍結該計時值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經過時

13、間DIFS后，繼續(xù)啟動退避計時器（從剩下的時間開始）。這樣規(guī)定有利于該繼續(xù)啟動計時器的站更早地接入信道中。10.簡述無線接入過程有哪幾個階段？(1) 掃描階段、(2) 認證階段、(3) 關聯(lián)階段簡述S-MAC的基本思想。(1)采用周期性睡眠和監(jiān)聽方法減少空閑監(jiān)聽帶來的能量損耗。對周期性睡眠和監(jiān)聽的調度進行同步，同步節(jié)點采用相同的調度，形成虛擬簇，同時進行周期性睡眠和監(jiān)聽，適合多跳網(wǎng)絡。(2)當節(jié)點正在發(fā)送數(shù)據(jù)時，根據(jù)數(shù)據(jù)幀特殊字段讓每個與此次通信無關的鄰居節(jié)點進入睡眠狀態(tài)，減少串擾帶來的能量損耗。(3)采用消息傳遞機制，減少控制數(shù)據(jù)帶來的能量損耗。12.什么是占空比？若某一無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點偵

14、聽時間是400ms睡眠時間是1.6s，請計算該節(jié)點占空比是多少？占空比=偵聽時間/整幀持續(xù)時間占空比=0.2=20%14.S-MAC中，節(jié)點是如何選擇與維護調度的？15.簡述S-MAC中自適應偵聽基本思想。基本思想是當一個節(jié)點在其通信范圍內得知相鄰的節(jié)點要傳輸數(shù)據(jù)時就睡眠并記錄其傳輸數(shù)據(jù)的時間，只有當其相鄰的節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)結束后才能醒來一個短暫的時間，這時它可以通過偵聽信道查看信道的狀態(tài)（忙或空閑），判斷是否有數(shù)據(jù)需要傳輸。簡述S-MAC中關鍵技術有哪些？周期性監(jiān)聽和睡眠、串擾避免、多跳感知、自適應監(jiān)聽消息傳遞、定性評價17. B-MAC協(xié)議基于哪兩種機制？低功耗偵聽的休眠/喚醒調度機制、空閑信

15、道評估機制CCA機制的主要目的是什么？CCA機制有哪兩個階段組成？簡述CCA機制工作原理。區(qū)分噪聲和信號，準確評估信道活動。噪聲基準估計階段和信號檢測階段。經過傳輸，節(jié)點首先采取一個信道樣本來更新噪聲基準評估，然后，在傳輸任何數(shù)據(jù)包之前，利用幾個信道本來確定是否存在異常。如果發(fā)現(xiàn)異常，那么假設信道空閑并傳輸數(shù)據(jù)包。另一方面，如果沒有異常存在，那么信道被判定為忙。低功耗偵聽的主要思想是什么？其目標是什么？思想：在發(fā)送數(shù)據(jù)包前發(fā)送一個前導碼來喚醒目標接收機。目標：可以減少固定占空比協(xié)議中的“偵聽功耗”。24.簡述B-MAC協(xié)議的優(yōu)缺點。優(yōu)點：1.提供一個有效的載波偵聽機制，大部分錯誤可以被檢測；2

16、.噪聲基準評估機制使MAC協(xié)議能夠適應周邊環(huán)境；3.輕量級協(xié)議，占用空間小；4.靈活多變，為上層用戶提供各種接口，方便再次開發(fā)。缺點：1.沒有解決隱終端問題，在高密度流量的網(wǎng)絡中無線信道不能充分利用；2.同步前導碼過長，在流量負載較高時長生較大開銷；3.CCA機制引了入額外的復雜性，也在一定程度上增加了接入時延。25.T-MAC中采用什么方法來解決早睡問題？未來請求發(fā)送、滿緩沖區(qū)優(yōu)先簡述T-MAC滿緩沖區(qū)優(yōu)先方法。當節(jié)點緩沖區(qū)快滿時，節(jié)點對收到的RTS分組不回復CTS，而是立即向緩沖區(qū)內數(shù)據(jù)的接收節(jié)點發(fā)送RTS，建立連接之后發(fā)送數(shù)據(jù)，以減輕緩沖區(qū)負載。Sift協(xié)議的設計目的是什么？N個節(jié)點同時

17、監(jiān)測到一個事件，希望在最短時間內有R個節(jié)點(R<=N)無沖突發(fā)送事件消息。TRAMA協(xié)議有哪四個主要階段構成的？簡述每個階段的功能。鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)：在該階段，節(jié)點需要發(fā)現(xiàn)它們的鄰節(jié)點，這樣就能夠確定潛在的接收機和發(fā)射機。流量信息交換：在該階段，節(jié)點需要告知它們的目標接收機它們的流量信息。時間調度表建立：基于來自鄰節(jié)點的流量信息，節(jié)點確定了在一幀內發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的時隙。然后這些表在節(jié)點間互相交換。數(shù)據(jù)傳輸：基于已建立的時間調度表信息，節(jié)點可以切換到活躍模式并在給定的時隙通信。29.TRAMA協(xié)議操作由哪幾個機制構成？鄰居協(xié)議；調度交換協(xié)議；自適應選擇協(xié)議簡述ZMAC協(xié)議的基本思想。采用CSM

18、A機制作為基本方法；競爭加劇時使用TDMA機制；引入時間幀，為節(jié)點分配時隙；節(jié)點可以選擇任何時隙發(fā)送數(shù)據(jù)；在分配的時隙發(fā)送優(yōu)先級更高ZMAC協(xié)議由哪幾個階段組成的？啟動階段主要由哪幾部分構成的？啟動階段和通信階段；鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)時隙分配本地幀交換同步全局時鐘32. IEEE 802.15.4標準提供了一種基于哪幾種方式的混合接入方式？基于CSMA和TDMA的混合接入機制。Z-MAC中的本地幀尺寸是由什么決定的？由時間幀的規(guī)則決定的。WSN的應用依靠傳感器的反饋與環(huán)境進行交互作用，在這些交互中，數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是什么？進行數(shù)據(jù)幀檢測、介質訪問和差錯控制。2. WSN中，差錯控制方案的主要目的是什

19、么？在無線信道上提供可靠的通信3.簡述差錯控制方案的目標。無差錯、按順序、無重復、無丟包WSN中差錯控制機制分為哪4種？功率控制、ARQ、FEC和HARQ基于自動重發(fā)的差錯控制主要依靠什么來保證可靠性？重傳丟包或損壞的數(shù)據(jù)包ARQ策略的基本原理可以概括為什么？可以概括為N回退方式，選擇性重發(fā)和停止等待。FEC和HARQ編碼的差錯恢復可以通過哪兩種方式實現(xiàn)？跳距延伸、發(fā)射功率控制FEC編碼提供了糾錯彈性， 是以增加哪些方面的成本為代價？以編碼/解碼的能源和時延開銷以及由于傳輸和接受長數(shù)據(jù)包的通信開銷為代價的。源節(jié)點與Sink間的距離為D，請計算其跳數(shù)期望。E(D)+1，其中Edn 是跳距均值，R

20、inf 為傳輸半徑WSN中路由協(xié)議的功能主要有幾個方面？搜索滿足條件的從源節(jié)點到目的節(jié)點的優(yōu)化路徑；轉發(fā)數(shù)據(jù)分組簡述Flooding路由協(xié)議優(yōu)缺點。優(yōu)點：路徑容錯性好，傳輸延時短。缺點：內爆、數(shù)據(jù)重疊、資源浪費，在數(shù)據(jù)傳輸時能量消耗巨大，網(wǎng)絡生命周期一般較短，不適應大規(guī)模的網(wǎng)絡什么是內爆？什么是數(shù)據(jù)重疊？內爆：重復的信息會被多次傳輸?shù)酵粋€節(jié)點數(shù)據(jù)。重疊：同一區(qū)域的多個節(jié)點可能會同時發(fā)現(xiàn)相同現(xiàn)象或目標的檢測數(shù)據(jù)，使得一個節(jié)點先后收到這些節(jié)點發(fā)送的相同數(shù)據(jù)。4.SPIN協(xié)議的設計目標是什么？能夠解決Flooding以及Gossiping協(xié)議的內爆、重疊及資源利用不合理現(xiàn)象。SPIN協(xié)議中使用了哪

21、幾種類型的消息？廣告消息、請求消息與數(shù)據(jù)（DATA）消息定向擴散路由協(xié)議建立路由的過程包括的階段興趣擴散；梯度建立；路徑增強；數(shù)據(jù)傳輸簡述LEACH路由協(xié)議的核心思想。（1）、LEACH協(xié)議分為兩個階段操作，即創(chuàng)建階段(set-up phase)和就緒階段(ready phase)。創(chuàng)建階段和就緒階段所持續(xù)的時間總和稱為一輪(round)（2）在創(chuàng)建階段，LEACH協(xié)議隨機選擇一個傳感器節(jié)點作為簇頭節(jié)點(cluster head node)，隨機性確保簇頭與基站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吣芎某杀揪鶆虻胤謹偟剿袀鞲衅鞴?jié)點。（3）具體的選擇辦法是：一個傳感器節(jié)點隨機選擇0和1之間的一個值，如果選定的值小于

22、某一個閾值T(n)，則這個節(jié)點成為簇頭節(jié)點。T(n)值按右邊公式計算：T(n)=, nG0, 其他（4）、.在簇頭節(jié)點選定后，該簇頭節(jié)點對網(wǎng)絡中所有節(jié)點進行廣播，廣播數(shù)據(jù)包含有該成為簇頭節(jié)點的信息。一旦傳感器節(jié)點收到廣播數(shù)據(jù)包，根據(jù)接收到的各個簇頭節(jié)點廣播信號強度，該節(jié)點選擇信號強度最大的簇頭節(jié)點加入，向其發(fā)送成為其成員的數(shù)據(jù)包。簇形成后，簇頭節(jié)點采用TDMA策略分配通道使用權給簇內節(jié)點。（5）、一旦處于就緒階段，簇頭節(jié)點開始接收簇內各節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，然后采用數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)壓縮等技術進行匯聚，將整合后的數(shù)據(jù)傳輸給Sink節(jié)點。在就緒階段持續(xù)了一段時間后，網(wǎng)絡又進入了另一輪的創(chuàng)建階段。8.在TE

23、EN協(xié)議中定義了兩個門限，這兩個門限的作用是什么？TEEN協(xié)議通過利用這兩個門限值來提供基于響應的應用。9.簡述分層路由協(xié)議的優(yōu)缺點。優(yōu)點：可擴展性好；簇頭能限制網(wǎng)絡內部的流量；能源效率高；延長了網(wǎng)絡的生命周期。缺點：太依賴簇頭，面臨魯棒性問題；簇的形成需要額外信號；頻繁改變簇頭以增加開銷為代價；內部的簇通信仍然是一個重大挑戰(zhàn)；簇頭與匯聚節(jié)點通信使用更高的發(fā)射功率，不適用于大規(guī)模網(wǎng)絡。10.SAR路由協(xié)議主要的目標是選擇匯聚節(jié)點的單跳鄰節(jié)點作為根節(jié)點，建立一個多樹結構。11.簡述SAR路由協(xié)議的優(yōu)缺點。優(yōu)點： 能夠提供QoS保證。缺點：A.節(jié)點中的大量冗余路由信息耗費了存儲資源B.路由信息維護

24、、節(jié)點QoS參數(shù)與能耗信息的更新均需較大開銷基于地理位置的路由協(xié)議-MECN的思想和目標分別是什么？Idea：給定一個通信網(wǎng)絡，估算一個高效能的子網(wǎng)絡。目標：該子網(wǎng)絡使得網(wǎng)絡中任何一對節(jié)點間通信的功耗最小無線傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸分為兩種形式？上行模式、下行模式WSN的傳輸協(xié)議根據(jù)功能可以劃分為哪幾種擁塞控制協(xié)議、可靠傳輸協(xié)議、多路復用協(xié)議WSN有兩種基本的可靠傳輸機制是什么？丟失恢復、發(fā)送速率調整RMST主要目標是什么？它提供了傳輸層協(xié)議所需要的哪幾種功能？主要目標是提供端到端的可靠傳輸。可靠傳輸協(xié)議與多路復用協(xié)議RMST協(xié)議有哪幾種操作模式？無緩存模式、緩存模式6.RMST協(xié)議的工作于緩存模式對應于端到端的可靠傳輸（T ）7.RMST可提供Sensor-to-Sink的逐跳與端到端的可靠傳輸，（不）能保證分組的順序到達，也（不）能提供實時保證。（ F ）8.RMST依賴于定向擴散路由協(xié)議。（T ）9.PSFQ是一種下行通信的數(shù)據(jù)塊可靠傳輸協(xié)議，