無線傳感器網絡練習題1

1、一、填空1. 無線傳感器網絡系統(tǒng)通常包含匯聚節(jié)點、傳感器節(jié)點、管理節(jié)點。2. 傳感器節(jié)點一般由通信模塊、傳感器模塊、存儲模塊和電源模塊組成。3. 無線傳感器節(jié)點的基本功能是：采集數據、數據處理、控制和通信。4. 傳感器節(jié)點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包括介質的選擇、頻段的選擇、調制技術和擴頻技術。6. 擴頻技術按照工作方式的不同，可以分為四種：直接序列擴頻、跳頻、跳時和寬帶線性調頻擴頻。7. 目前無線傳感器網絡采用的主要傳輸介質包括無線電波、光纖、紅外線等。8. 無線傳感器網絡可以選擇的頻段有：868MHz、915MHz、2.4GHz和5GHz。9.

2、傳感器網絡的電源節(jié)能方法：休眠機制、數據融合。10. 根據對傳感器數據的操作級別，可將數據融合技術分為一下三類：決策級融合、特征級融合、數據級融合。11. 根據融合前后數據的信息含量分類（無損失融合和有損失融合）12. 根據數據融合與應用層數據語義的關系分類（依賴于應用的數據融合、獨立于應用的數據融合、結合以上兩種技術的數據融合）13. 定向擴散路由機制可以分為三個階段：興趣擴散、梯度建立、路徑加強。14. 無線傳感器網絡的關鍵技術主要包括：時間同步機制、數據融合、路由選擇、定位技術、安全機制等。15. 無線傳感器網絡通信安全需求主要包括結點的安全保證、被動抵御的入侵能力、主動反擊入侵的能力。

3、16. 802.11標準用于無線局域網，802.15.4標準用于低速無線個域網。17. 802.11規(guī)定三種幀間間隔：SIFS、PIFS、DIFS。18. 802.15.4標準為低速個域網制定了物理層和 MAC子層 協(xié)議。19. ZigBee主要界定了網絡、安全和應用框架層，通常它的網絡層支持三種拓撲結構：網狀網絡、樹形網絡、星型網絡。20. 傳感器網絡中常用的測距方法有：接收信號強度指示、到達時間差、到達角 。21. ZigBee網絡分4層分別為：物理層、網絡層、應用層、數據鏈路層。22. 與傳統(tǒng)網絡的路由協(xié)議相比，無線傳感器網絡的路由協(xié)議具有以下特點：能量優(yōu)先、基于局部拓撲、以數據為中心、

4、應用相關。23. 數據融合的內容主要包括：目標探測、數據關聯、跟蹤與識別、情況評估與預測。24. 無線傳感器網絡信息安全需求主要包括數據的機密性、數據鑒別、數據的完整性、數據的實效性。25. 傳感器結點的限制條件是電源能量有限、通信能力有限、計算和存儲能力有限。二、問答題1. 什么是無線傳感器網絡？簡述其組網特點，并且試述其在實際生活中的潛在應用。答：無線傳感網絡是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡。組網特點：自組織性；以數據為中心；應用相關性；動態(tài)性；網絡規(guī)模大；可靠性，醫(yī)療護理：使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(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）

5、、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。2. 簡述無線傳感器網絡系統(tǒng)工作過程，傳感器節(jié)點的組成及其功能。答：傳輸模塊，信息采集和數據交換。存儲模塊，控制、數據處理、網絡協(xié)議。通信模塊，無線處理、交換控制信息、手發(fā)采集數據。能量供應模塊，供應能量。3. 當前傳感器網絡的無線通信主要選擇哪些頻段？答：全球2.4GHz、美國915MHz，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，從而解決數據分組之間的相互沖突，分辨接收到的數據，提高信道資源。5. 簡述CSMA/CA的工作原理。答：CSMA/CA機制是指在信號傳輸之前，發(fā)射機先偵

6、聽介質中是否有同信道載波，若不存在，意味著信道空閑，將直進入數據傳輸狀態(tài)；若存在載波，則在隨機退避一段時間后重新檢測信道。6. 簡述路由協(xié)議的作用和功能？ 答：（1）尋找源結點和目的結點間的優(yōu)化路徑。 （2）將數據分析沿著優(yōu)化路徑正確轉發(fā)7. 什么是數據融合技術？它在傳感器網絡中的主要作用是什么？ 答：數據融合是一種多源信息處理技術，它通過對來自同一目標的多源數據進行優(yōu)化合成，獲得比單一信息源更精確、完整的估計或判決。作用在于：節(jié)省整個網絡的能量，增強所收集數據的準確性，提高數據收集效率。8. 通常有哪些原因導致傳感器網絡產生無效能耗？無線通信能耗與距離的關系是什么？ 答：空閑偵聽、

7、數據沖突、串擾、控制開銷在無線網絡通信中，能量消耗E與通信距離d存在關系：E=kdm ,隨著通信距離的增加，能耗會急劇增加。9. 簡述節(jié)能策略休眠機制的實現思想。 答：休眠機制的主要思想：當節(jié)點周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時，計算與通信單元處于空閑狀態(tài)，把這些組件關掉或調到更低能耗的狀態(tài)，即休眠狀態(tài)。10. 為什么無線傳感器網絡需要時間同步？簡述TPSN時間同步工作原理。 答：不同節(jié)點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造成網絡節(jié)點之間的運行時間偏差。TPSN協(xié)議采用層次型網絡結構，首先將所有節(jié)點按照層次結構進行分級，然后每個節(jié)點與上一級的一個節(jié)點進行時間同步，最終所有節(jié)點都與根

8、節(jié)點時間同步。11. 什么是調制技術？為什么WSN物理層要進行調制機制設計？ 答：a) 調制技術是把基帶信號變換成傳輸信號的技術。調制技術的最終目的就是使得調制以后的信號對干擾有較強的抵抗作用，同時對相鄰的信道信號干擾較小，解調方便且易于集成。12. 簡述ZigBee技術的特點，并說明為什么在家居智能化網絡中通常選擇ZigBee技術。 答：數據傳輸速率低，有效范圍小，工作頻段靈活、省電、可靠、成本低、時延短、安全、網絡容量大。因為無線網絡可以提供更大的靈活性、流動性，省去花在綜合布線上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網絡的通訊特點。13. 定位技術基本術語解釋：錨點：通過其他方式預

9、先獲得位置坐標的結點。測距：兩個相互通信的結點通過測量方式來估計彼此之間的距離或角度。鄰居結點：傳感器結點通信半徑范圍內的所有其他結點。連接度：結點連接度是結點可探測發(fā)現的鄰居結點的個數；網絡連接度是所有結點的鄰結點數目的平均值。跳數：兩個結點之間間隔的跳段總數。基礎設施：協(xié)助傳感器的結點定位的已知自身位置的固定設備。到達時間：信號從一個結點傳播到另一個結點所需的時間。達到時間差：兩種不同傳播速度的信號從一個結點傳播到另一個結點所需要的時間之差，或一個信號到達兩個結點之間的時間差。接收信號強度指示：結點接收到無線信號的強度大小。到達角度：結點接收到的信號相對于自身軸線的角度。視距關系：兩個結點

10、之間沒有障礙物，能夠直接通信。非視距關系：兩個結點之間存在障礙物，影響了它們直接的無線通信。三、編程1. 通過掃描方式實現按鍵觸發(fā)LED亮滅。利用按鍵SW5和按鍵SW6控制LED1和LED2。當按下SW5時，LED1狀態(tài)改變；當按下SW6時，LED2狀態(tài)改變。如下圖，按鍵SW5由P0.4控制，按鍵SW6由P0.5控制；LED1和LED2分別由P1.0和P1.1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P0.4和P0.5設為普通I/O口，并且設置為輸入狀態(tài) 。LED初始化：將P1.0和P1.1設置為輸出且將LED1和LED2關閉。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)P0.4和P0.5下降沿發(fā)生中斷控制LED1的亮滅。即當按下SW5或者SW6時，LED1燈的狀態(tài)發(fā)生改變。要求編寫中斷初始化函數。擴展知識：CC2530包括3個8位輸