無線傳感器網(wǎng)絡

1、第一章：無線傳感器網(wǎng)絡概述什么是無線傳感器網(wǎng)絡？與無線局域網(wǎng)的區(qū)別？例舉三個無線傳感器網(wǎng)絡的例子？無線傳感器網(wǎng)絡：是一種由傳感器結(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡，能夠?qū)崟r監(jiān)測，感知和采集結(jié)點部署區(qū)的環(huán)境或觀察者感興趣的感知對象的各種信息。Adhoc:無線自組織網(wǎng)絡，不需要固定的通信設備作為支撐，各個終端節(jié)點能夠自己構(gòu)建自己的網(wǎng)絡域，動態(tài)的實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)。應用:環(huán)境的預測與保護，醫(yī)療護理，軍事領域，智能家居畫圖描述無線傳感器網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)？三大部分:傳感網(wǎng)絡部分，匯聚節(jié)點，管理節(jié)點衛(wèi)星網(wǎng)0OROAC(D%傳感器節(jié)點X匯聚節(jié)點管理節(jié)點用戶監(jiān)測區(qū)域3.OSI七層協(xié)議與無線傳感器網(wǎng)絡五層協(xié)議的異同點？按層對比說明？物理層

2、:大量的WSN網(wǎng)絡節(jié)點基于射頻電路數(shù)據(jù)鏈路層:訪問控制，差錯控制網(wǎng)絡層:特殊的多跳無線路由協(xié)議，路由算法在設計時需要考慮能耗問題，WSN網(wǎng)絡層的設計以數(shù)據(jù)為中心傳輸層：互聯(lián)網(wǎng)的TCP協(xié)議不適于WSN的傳輸層應用層：傳感器管理協(xié)議，任務分配和數(shù)據(jù)廣播管理協(xié)議，傳感器查詢和數(shù)據(jù)傳播管理協(xié)議為何在無線傳感器網(wǎng)絡的每層協(xié)議都需要重點考慮功耗？在WSN中，傳感器節(jié)點大多由能量十分有限的電池供電,并長期在無人值守的狀態(tài)下工作，節(jié)點個數(shù)多，分布區(qū)域光，環(huán)境復雜設計無線傳感器網(wǎng)絡的物理層，主要考慮哪些關鍵問題？為什么？傳輸介質(zhì)，頻率選擇，調(diào)制技術傳輸介質(zhì)：物理層的傳輸介質(zhì)包括光纖，無線電波，紅外線，光波等。W

3、SN主流傳輸方式是無線電波，無線電波易于產(chǎn)生，傳播距離遠，穿透性強。頻率選擇：選用ISM頻段，優(yōu)點是無需注冊公用頻段，具有大范圍的可選頻段，沒有特定的標準，可以靈活使用。調(diào)制技術：設計以節(jié)能和成本為主要標準的調(diào)制技術。為了滿足WSN最小化符號率和最大化數(shù)據(jù)傳輸率的指標，M-ary調(diào)制技術被用于WSN。物理層需要考慮編碼調(diào)制方式，通信速率，通信頻段等問題。簡述B-ary和M-ary的各自特點，舉例說明各自適應的應用場景。M-ary:多進制調(diào)制利用多進制數(shù)字基帶信號調(diào)制載波的振幅，頻率，相位。與二進制調(diào)制相比：M-ary調(diào)制系統(tǒng)能夠通過單個符號的發(fā)送多位數(shù)據(jù)來減少發(fā)送時間。M-ary調(diào)制的電路更為

4、復雜M-ary調(diào)制需要更高的發(fā)射功率來發(fā)送多元信號在啟動能量消耗較大的系統(tǒng)中，二進制調(diào)制機制更為有效，多進制調(diào)制機制僅僅對啟動能量消耗較低的系統(tǒng)適用。M-ary調(diào)制的誤碼率通常大于二進制調(diào)制的誤碼率概念，功能，特點特點：自組織，分布式，節(jié)點平等，安全性差特征：計算能力不高，能量供應不可替代，節(jié)點變化性強，大規(guī)模節(jié)點功能：a.動態(tài)配置，以支持多種網(wǎng)絡功能，b.節(jié)點可動態(tài)配置成網(wǎng)關，普通節(jié)點，c.遠程可編程，以便增加新的功能，d.定位功能，e.支持低功耗的網(wǎng)絡傳輸，f.支持長距離通信WSN節(jié)點結(jié)構(gòu)：tkfvi1腳.；-八二A/D分布式特點WSN時效性與實時性區(qū)別無線傳感器網(wǎng)絡要求有較好的實時性.常

5、見拓撲結(jié)構(gòu).分層，每層主要功能自組織網(wǎng)，多跳傳輸?shù)奶攸c多跳傳輸：由于通信范圍和能量節(jié)省考慮，節(jié)點只能與固定范圍內(nèi)的節(jié)點交換數(shù)據(jù)，因此要訪問鄰居節(jié)點以外的節(jié)點或者要將數(shù)據(jù)傳送到外部網(wǎng)絡，必須采用多跳傳輸。物理層仁主流傳輸方式，介質(zhì)，特點WSN物理層主流傳輸是無線電波，無線電波易于產(chǎn)生，傳播距離遠，穿透性強，通信無特殊限制涉及的調(diào)制編碼技術，區(qū)別于傳統(tǒng)M-ary多進制調(diào)制運用于WSN物理層調(diào)制。多進制調(diào)制通過單個符號發(fā)送多位數(shù)據(jù)得方法減少了發(fā)射時間，降低了發(fā)射功耗。.物理層主要功能，協(xié)議，解決問題OSI物理層：物理層為建立，維護和釋放數(shù)據(jù)鏈路實體之間的二進制比特傳輸?shù)奈锢磉B接，提供機械的，電氣的，

6、功能的和鬼城性的特性。WSN物理層：向下直接與物理傳輸介質(zhì)相連，主要負責數(shù)據(jù)的調(diào)制，發(fā)送與接收，是決定WSN節(jié)點體積，成本以及功耗的關鍵環(huán)節(jié)主要功能：a.為數(shù)據(jù)終端設備提供傳送數(shù)據(jù)的通路，b.傳輸數(shù)據(jù)，c.其他管理工作，如信道評估，能量檢測。無線電波使用頻段的限制，原因單信道無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點基本上都采用ISM波段第三章：無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層的功能？數(shù)據(jù)鏈路層就是利用物理層提供的數(shù)據(jù)傳輸功能，將物理層的物理連接鏈路轉(zhuǎn)換成邏輯連接鏈路，保證鏈路的可靠性。同時數(shù)據(jù)鏈路層也向網(wǎng)絡層提供透明可靠的數(shù)據(jù)傳送服務，負責數(shù)據(jù)流多路復用，數(shù)據(jù)幀監(jiān)測，媒體訪問和差錯控制，保證WSN內(nèi)

7、點到點以及點到多點的連接。MAC層協(xié)議的分類：按節(jié)點接入方式劃分：偵聽，喚醒，調(diào)度MAC協(xié)議按信道占用數(shù)劃分：單信道，雙信道，多信道MAC協(xié)議按分配信道方式劃分：固定接入，隨機接入。其中競爭MAC協(xié)議都屬于隨機接入?yún)f(xié)議MAC協(xié)議多余能量的消耗方面：碰撞，持續(xù)偵聽，控制開銷三方面浪費大量能量。MAC層的關鍵性問題：能量效率問題：降低能耗的主要方法是進行節(jié)點睡眠調(diào)度，減小協(xié)議的復雜度可擴展性：網(wǎng)絡的節(jié)點分布結(jié)構(gòu)會動態(tài)的變化，MAC層協(xié)議必須具備可擴展性公平性：每個節(jié)點有相同的訪問信道的權(quán)利；每個節(jié)點的能量保持大概的平衡，從而延長整個網(wǎng)絡的壽命信道共享問題：因為WSN采用多跳共享方式，所以信道上數(shù)據(jù)

8、會產(chǎn)生沖突和串擾（節(jié)點接收了大量沒用信息）無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層常見的協(xié)議有哪幾種？各自的特點？各自適應的應用場景？2.1基于競爭的協(xié)議：S-MAC協(xié)議，T-MAC協(xié)議2.1.1S-MAC協(xié)議機制：節(jié)點工作模式分為偵聽和睡眠狀態(tài)通過協(xié)商的一致性睡眠調(diào)度機制讓相鄰節(jié)點在相同時間活動，相同時間睡眠，從而形成虛擬簇通過突發(fā)傳遞和消息分割機制來減少消息的傳輸時延和控制消息的開銷通過流量自適應的偵聽機制，減少網(wǎng)絡延時在傳輸過程中的累加效應2.2基于分配的協(xié)議：SMACS協(xié)議，TRAMA協(xié)議，2.3混合型MAC協(xié)議：2.4跨層MAC協(xié)議.面向沖突，面向競爭的協(xié)議.基于競爭的協(xié)議，有圖的協(xié)議.WSN協(xié)議結(jié)

9、構(gòu)模型，畫圖第三章：無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡層1無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡層的主要功能？與OSI七層協(xié)議的網(wǎng)絡層的不同點。功能:路由的選擇,尋找一條從源結(jié)點到目的節(jié)點的最優(yōu)路徑路由的維護,保證數(shù)據(jù)能夠沿著這條最優(yōu)路徑進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)不同點:傳統(tǒng)無線路由協(xié)議主要目的是減小網(wǎng)絡擁塞,保持網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換,提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡服務無線傳感器的特征:大規(guī)模分布式應用,以數(shù)據(jù)為中心,基于局部拓撲信息,基于應用,數(shù)據(jù)的融合無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡層協(xié)議面臨的問題？最優(yōu)路徑選擇，安全性,Qos保證,能量高效利用和均衡節(jié)能,高擴展性,容錯性,數(shù)據(jù)融合技術,通信量分布不均勻無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡層協(xié)議可以分為哪幾種？基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議

10、,基于集群的路由協(xié)議,基于地理位置的路由協(xié)議基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議:能夠?qū)Ω兄臄?shù)據(jù)按照屬性命名,對相同屬性的數(shù)據(jù)在傳輸過程中進行融合操作,減少網(wǎng)絡中冗余數(shù)據(jù)的傳輸基于集群的路由協(xié)議:考慮路由算法的可擴展性,分層的路由協(xié)議基于地理位置的路由協(xié)議:利用節(jié)點的地理位置來改變以有的路由算法4對比WSN各種路由協(xié)議的特點和異同點。泛洪協(xié)議的最主要優(yōu)點和缺點？優(yōu)點:向節(jié)點廣播,直至數(shù)據(jù)到達目的地才停止缺點:內(nèi)爆和重疊,浪費了大量能量什么是基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議？舉例有哪幾種？SPIN路由算法（基于協(xié)商的路由算法）DD路由算法（定向擴散路由算法）什么是基于集群的路由協(xié)議？舉例有哪幾種？分層的路由協(xié)議LEACH路由

11、協(xié)議：TEEN協(xié)議:什么是基于地理位置的路由協(xié)議？舉例有哪幾種？利用位置數(shù)據(jù),確定自己的路由協(xié)議,提高網(wǎng)絡性能GAF路由算法：使用地理位置協(xié)助改進其余路由算法，以用來約束網(wǎng)絡中的路由搜索區(qū)域，減少網(wǎng)絡不必要的開銷GEAR算法：利用地理位置來實現(xiàn)自己的路由策略什么是“洞現(xiàn)象，”舉例說明如何減少洞造成的節(jié)點死亡？洞：某個節(jié)點的周圍沒有任何鄰居節(jié)點比它到事件區(qū)域的路徑所耗費的路徑代價更大解決方法：出現(xiàn)洞現(xiàn)象時，選取臨界點中代價最小的節(jié)點作為下一跳節(jié)點仁路由，路由維護，路由選擇2路由協(xié)議有哪幾類，區(qū)分無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的特點:高效，均衡的利用好能量協(xié)議精簡，無復雜算法，無大容量冗余數(shù)據(jù)需要存儲，控

12、制開銷小網(wǎng)絡的互連通過sink節(jié)點來完成，其余節(jié)點不提供網(wǎng)外通信網(wǎng)絡無中心節(jié)點，多采用基于數(shù)據(jù)或基于位置的路由算法機制由于節(jié)點的移動或者失效,一般采用多路徑備選第五章：無線傳感器網(wǎng)絡的傳輸層仁WSN的傳輸層協(xié)議特點降低傳輸層協(xié)議的能耗,進行有效的擁塞控制,保證網(wǎng)絡的可靠性.2.能否把TCP協(xié)議用于WSN，他們之間的關系不能a.TCP協(xié)議提供端到端的可靠信息傳輸，中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點沒有數(shù)據(jù)處理能力而WSN要求節(jié)點能處理數(shù)據(jù)TCP三次握手機制，時間長過程復雜.而WSN動態(tài)性強,實時性要求高,TCP沒有相應的處理機制TCP可靠性要求高，而WSN有一定的數(shù)據(jù)包丟失或刪除TCP協(xié)議中的ACK反饋機制時延高,能

13、量消耗大,不適合WSNTCP每個節(jié)點都有IP，在WSN中不現(xiàn)實第六章：通信標準仁Zigbee,IEEE802.15.4,藍牙之間的聯(lián)系，概念，特點IEEE802.15.4標準是一種低速率、近距離無線通信標準IEEE802.15.4標準主要包括：物理層，介質(zhì)訪問控制層IEEE802.15.4標準為LR-WPAN網(wǎng)絡制定了物理層和MAC子層協(xié)議，其定義的LR-WPAN網(wǎng)絡具有如下特點：1）在不同的載波頻率下實現(xiàn)了20Kbps、40kbps,100kbps和250kbps四種不同的傳輸頻率；2支持星型和點對點兩種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)；3）有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球唯一的擴展地址；4）

14、支持沖突避免的載波多路偵聽技術；5）支持確認（ACK）機制，保證傳輸可靠性。LR-WPAN網(wǎng)絡中，根據(jù)設備所具有的通信能力分為：全功能設備（FFD）精簡功能設備RFD)IEEE802.15.4物理層數(shù)據(jù)服務包括以下五方面的功能：（1）激活和休眠射頻收發(fā)器（2）物理信道能量檢測（3）檢測接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示（4）空閑信道評估（5）收發(fā)數(shù)據(jù)（6）物理層屬性參數(shù)的獲取與設置MAC層功能1）協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標幀，普通設備根據(jù)協(xié)調(diào)器的信標幀與協(xié)調(diào)器同步；2）支持PAN（個人域網(wǎng)）網(wǎng)絡的關聯(lián)和取消關聯(lián)的操作；3）支持無線信道的通信安全；4）使用CSMA/CA機制訪問信道；5）支持時隙保障（GTS）機

15、制；6）支持不同設備的MAC層間可靠傳輸。Zigbee協(xié)議簡介相對常見的無線通信標準，比較緊湊、簡單?？煞譃?個層次：物理層/數(shù)據(jù)鏈路層，Zigbee堆棧層和應用層。ZigBee協(xié)議主要特征省電可靠廉價短時延大網(wǎng)絡容量安全Zigbee網(wǎng)絡層功能網(wǎng)絡層在MAC層與應用層之間提供合適的接口，通過激發(fā)MAC層動作執(zhí)行尋址和路由功能。主要任務包括：網(wǎng)絡的建立設備的加入設備段地址的分配設備的離開鄰居列表的維護Zigbee網(wǎng)絡層包括網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體和網(wǎng)絡層管理實體Zigbee應用層：由應用支持子層（APS）應用框架（AF）Zigbee設備對象（ZDO）Zigbee設備：協(xié)調(diào)器、路由器、終端設備藍牙:短距離通

16、信,10m內(nèi)藍牙采用分散式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術,支持點對點及點對多點通信,采用時分雙工傳輸方案第七章：時間同步技術什么是無線傳感器網(wǎng)絡的時間同步？與傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡的時間同步有何不同？時間同步：使網(wǎng)絡中所有節(jié)點的本地時間保持一致時間同步的三種情況：判斷事件發(fā)生的先后順序，相對同步，絕對同步時間同步的參考時間來源分：外同步和內(nèi)同步計數(shù)方式：硬件計數(shù)（晶振），軟件計數(shù)時鐘偏移：本地時間與真實時間的差值，用來描述計數(shù)的準確度時鐘漂移：本地時間變化率與1的差值，反映時鐘計數(shù)的穩(wěn)定性不同點：現(xiàn)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡的時間同步機制關心的是怎樣使同步誤差更小，不關心節(jié)點的計算復雜程度，通信的安全保障和能耗問題，N

17、TP和GPS時間同步技術不適用于無線傳感器網(wǎng)絡。時間同步的方法有哪些？哪些適合無線傳感器網(wǎng)絡？為什么？DMTS同步：考慮報文的傳輸延遲，在設置本地時間時，報文中嵌入的時間加上傳輸延遲即節(jié)點的本地時間。算法簡單靈活，網(wǎng)絡流量小，能耗小，但沒考慮傳播延遲，編解碼影響，同步精度不高。RBS同步：消除發(fā)送時間和訪問時間所造成的傳輸時間誤差，從而提高同步精度。接收節(jié)點只需要比較接收節(jié)點接收報文的時間誤差。但網(wǎng)絡開銷大。TPSN同步：雙向報文交換協(xié)議，層次型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。分為層次發(fā)現(xiàn)階段和時間同步兩個階段。消除了訪問時間帶來的時間同步時延，提高了時間同步的精度，協(xié)議的同步開銷比較大。FTSP算法：使用單個廣播

18、消息實現(xiàn)發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間的時間同步，采用同步時間數(shù)據(jù)的線性回歸方法估計時鐘漂移和偏差。無線傳感器網(wǎng)絡時間同步的關鍵技術問題有哪些？傳輸延遲不可預測，高能效，可擴展，健壯列表比較時間同步技術的特點及優(yōu)缺點？精度：FTSPRBSTPSN收斂性：TPSN收斂時間較長，RBS和FTSP收斂時間較短擴展性：TPSN擴展性最差魯棒性：RBSFTSPTPSN能耗方面：RBS能耗較大，TPSN相對較小，F(xiàn)TSP最小新型時間同步技術：協(xié)作同步：遠方節(jié)點直接接收到時間基準節(jié)點的同步脈沖，中間節(jié)點只是起協(xié)調(diào)作用螢火蟲同步：Pekin模型和M&S模型。優(yōu)點同步可直接在物理層而不需要以報文的方式實現(xiàn)對任何同步信號

19、的處理方式均相同，與同步信號的來源無關，因此擴展性強機制簡單，不需要對其他節(jié)點的時間信息進行存儲時間同步類型解決的主要問題TPSN，RBS協(xié)議，有圖的協(xié)議第八章：無線傳感器網(wǎng)絡結(jié)點定位技術什么是無線傳感器網(wǎng)絡的定位技術？與傳統(tǒng)定位技術有何不同點？無線傳感器網(wǎng)絡定位：依靠網(wǎng)絡中少量的位置已知的節(jié)點，通過鄰居節(jié)點間有限的通信和某種定位機制確定網(wǎng)絡中所有未知節(jié)點的位置。自定位：確定節(jié)點自身在系統(tǒng)中的位置目標定位：確定目標節(jié)點在系統(tǒng)中的位置定位的方法有哪些？哪些適合無線傳感器網(wǎng)絡？為什么？三邊定位法：角度定位法：無線傳感器網(wǎng)絡定位的關鍵技術有哪些？列表比較定位技術的特點和優(yōu)缺點？類型區(qū)分定位的基本原理

20、測量兩點之間的距離：根據(jù)接收信號的強度來計算距離根據(jù)信號傳播時間（TOA）或者時間差來計算距離（TDOA）根據(jù)接收信號相位差定位傳感器網(wǎng)絡定位算法特點：自組織性，健壯性，節(jié)能性，分布式，可擴展性第九章：容錯設計技術什么是容錯？無線傳感器網(wǎng)絡容錯的重要性？容錯：當由于種種原因在系統(tǒng)中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)，文件損壞或丟失時，系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些文件恢復到發(fā)生事故以前的狀態(tài)，使系統(tǒng)能夠連續(xù)正常運行的一種技術。什么是失效，故障，差錯？失效：設備停止工作，不能夠完成所要求的功能故障：設備還能工作，但不能夠按照系統(tǒng)要求工作，得不到應有功能差錯：設備出現(xiàn)了不正常的操作步驟或結(jié)果故障模型有哪幾種？故障避免，故障檢測，故障隔離

21、，故障修復無線傳感器網(wǎng)絡的可靠性主要體現(xiàn)在哪幾方面？分別如何實現(xiàn)可靠性？事件的可靠性，數(shù)據(jù)包的可靠性基于空間相關性的故障診斷有哪三種策略？各自特征是什么？空間相關性：無線傳感器網(wǎng)絡中相鄰節(jié)點的同類傳感器之間所測量的值通常有很相近的特性多數(shù)投票策略：通過與鄰居節(jié)點測量值進行比較，根據(jù)鄰居節(jié)點在誤差范圍內(nèi)的個數(shù)。均值策略：計算鄰居測量值的平均值，判斷自己是否正確。中值策略：利用鄰居測量值的中值與自己的測量值進行比較WSN故障層級：部件級，節(jié)點級，網(wǎng)絡級第十章什么是QOS?無線傳感器網(wǎng)絡的QOS需求有哪些？含義：應用角度：QOS代表用戶對于網(wǎng)絡所提供服務的滿意程度網(wǎng)絡角度：QOS代表網(wǎng)絡向用戶所提供的業(yè)務參數(shù)指標需求：可用性，吞吐量，時延，時延變化，丟包率7舉例說明WSN的QOS在各個協(xié)議層是如何實現(xiàn)的？應用層QOS:系統(tǒng)生命周期，查詢響應時間，事件檢測成功率，查詢結(jié)果數(shù)據(jù)的事件空間分辨率，數(shù)據(jù)可靠性，數(shù)據(jù)新穎度。數(shù)據(jù)管理層QOS:傳感器節(jié)點相互合作，實現(xiàn)高效的信息采集和分發(fā)策略。資源自適應信息采集算法RAIG數(shù)據(jù)傳輸層QOS:PSFQ（快吸慢取得方式，可靠得數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議價），ESRT協(xié)議（新穎的數(shù)據(jù)傳輸方法）網(wǎng)絡層QOS:路由協(xié)議通過將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點連通層QOS:保證網(wǎng)絡的感知覆蓋度和連通度MAC層QOS:提出基于沖突和載波監(jiān)聽的MAC協(xié)議，目標