無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課后習(xí)題答案解析

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精品文檔1-2.什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。目的是協(xié)作地探測、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)掩蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息,并報告給用戶。

1-4.圖示說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)。

1-5.傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探測結(jié)點(diǎn)由哪些部分組成?這些組成模塊的功能分別是什么?

(1)傳感模塊〔傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換〕、計算模塊、通信模塊、存儲模塊電源模塊和嵌入式軟件系統(tǒng)

(2)傳感模塊負(fù)責(zé)探測目標(biāo)的物理特征和現(xiàn)象，計算模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理，存儲模塊負(fù)責(zé)存放程序和數(shù)據(jù)，通信模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理信息和探測數(shù)據(jù)兩種信息的發(fā)送和接收。另外，電源模塊負(fù)責(zé)結(jié)點(diǎn)供電，結(jié)點(diǎn)由嵌入式軟件系統(tǒng)支撐，運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議。

1-8.傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)包括哪些部分?各部分的功能分別是什么

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(1)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議：類似于傳統(tǒng)Internet網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議體系。它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成。

(2)網(wǎng)絡(luò)管理平臺：主要是對傳感器結(jié)點(diǎn)自身的管理和用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理。包括拓?fù)湔莆?、服?wù)質(zhì)量管理、能量管理、安全管理、移動管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。

(3)應(yīng)用支撐平臺：建立在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的基礎(chǔ)之上。包括一系列基于監(jiān)測任務(wù)的應(yīng)用層軟件，通過應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口來為終端用戶提供各種詳細(xì)應(yīng)用的支持。

1-9.傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)有哪些類型?分別說明各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征及優(yōu)缺點(diǎn)。

〔1〕依據(jù)結(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少，傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以分為平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。假如網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較小，一般采納平

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精品文檔面結(jié)構(gòu)；假如網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，那么需要采納分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

〔2〕平面結(jié)構(gòu)：

特征：平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)比較簡約，全部結(jié)點(diǎn)的地位同等，所以又可以稱為對等式結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)：源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間一般存在多條路徑，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷由這些路徑共同承受。一般狀況下不存在瓶頸，網(wǎng)絡(luò)比較健壯。

缺點(diǎn)：①影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸速率，甚至造成網(wǎng)絡(luò)崩潰。②整個系統(tǒng)宏觀上會損耗巨大能量。③可擴(kuò)充性差，需要大量掌握消息。

分級結(jié)構(gòu)：

特征：傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個簇，每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成。這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡(luò)。簇頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，簇成員只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集。

優(yōu)點(diǎn)：①大大減削了網(wǎng)絡(luò)中路由掌握信息的數(shù)量，具有很好的可擴(kuò)充性。②簇頭可以隨時選舉產(chǎn)生，具有很強(qiáng)的抗毀性。

缺點(diǎn)：簇頭的能量消耗較大，很難進(jìn)人休眠狀態(tài)。

1-13.爭論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際生活中有哪些潛在的應(yīng)用。

(1)用在智能家具系統(tǒng)中，將傳感器嵌入家具和家電中，使其與執(zhí)行單元組成無線網(wǎng)絡(luò)，與因特網(wǎng)連接在一起。

(2)用在智能醫(yī)療中，將傳感器嵌入醫(yī)療設(shè)備中，使其能接入因特網(wǎng)，將患者數(shù)據(jù)傳送至醫(yī)生終端。

(3)用在只能交通中，運(yùn)用無線傳感器監(jiān)測路面、車流等狀況。

2-2.傳感器由哪些部分組成?各部分的功能是什么

?

2-5.集成傳感器的特點(diǎn)是什么?

體積小、重量輕、功能強(qiáng)、性能好。

2-7.傳感器的一般特性包括哪些指標(biāo)?

靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、重復(fù)性、漂移、精度、辨別〔力〕、遲滯。

2-15.如何進(jìn)行傳感器的正確選型？

1.測量對象與環(huán)境：分析被測量的特點(diǎn)和傳感器的運(yùn)用條件選擇何種原理的傳感器。

2.靈敏度：選擇較高信噪比的傳感器，并選擇適合的靈敏度方向。

3.頻率響應(yīng)特性:依據(jù)信號的特點(diǎn)選擇相應(yīng)的傳感器響應(yīng)頻率，以及延時短的傳感器。

4.線性范圍：傳感器種類確定后觀測其量程是否滿意要求，并且選擇誤差小的傳感器。

5.穩(wěn)定性：依據(jù)運(yùn)用環(huán)境選擇何時的傳感器或采納適當(dāng)?shù)拇胧p小環(huán)境影響，盡量選擇穩(wěn)定性好的傳感器。

6.精度：選擇滿意要求的，相對廉價的傳感器。

2-17.簡述磁阻傳感器探測運(yùn)動車輛的原理。

磁阻傳感器在探測磁場的通知探測獲得車輪速度、磁跡、車輛涌現(xiàn)和運(yùn)動方向等。運(yùn)用磁性傳感器探測方向、角度或電流值，可以間接測定這些數(shù)值。由于這些屬性變量需要對相應(yīng)的磁場產(chǎn)生改變，一旦磁傳感器檢測出場強(qiáng)改變，那么采納一些信號處理方法，將傳感器信號轉(zhuǎn)換成需要的參數(shù)值。

3-2.無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為什么要進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)?調(diào)制有哪些方法?

〔1〕調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和牢靠性有很大的影響。采納什

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精品文檔么方法調(diào)制和解調(diào)往往在很大程度上決斷著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。

調(diào)制技術(shù)通過轉(zhuǎn)變高頻載波的幅度、相位或頻率，使其隨著基帶信號幅度的改變而改變。

解調(diào)是將基帶信號從載波中提取出來以便預(yù)定的接收者(信宿)處理和理解的過程。

〔2〕依據(jù)調(diào)制中采納的基帶信號的類型?？梢詫⒄{(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

依據(jù)原始信號所掌握參量的不同，調(diào)制分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。

3-4.試描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層幀結(jié)構(gòu)。

3-6.依據(jù)信道運(yùn)用方式的不同。傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議可以分為哪幾種類型?

時分復(fù)用無競爭接入方式、隨機(jī)競爭接入方式、競爭與固定安排相結(jié)合的接入方式。

3-7.設(shè)計基于競爭的MAC協(xié)議的基本思想是什么？

當(dāng)結(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過競爭方式運(yùn)用無線信道。假如發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了碰撞，就根據(jù)某種策略重發(fā)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送勝利或放棄發(fā)送。

3-8.試寫(畫〕出CSMA/CA的基木訪問機(jī)制。并說明隨機(jī)退避時間的計算方法。

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精品文檔3-9.IEEE802.11MAC協(xié)議有哪兩種訪問掌握方式?每種方式是如何工作的?

〔1〕分布式協(xié)調(diào)功能〔DCF〕、點(diǎn)協(xié)調(diào)功能〔PCF〕，期中DCF是基本訪問掌握方式。

3-10.通常有哪些緣由導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生無效能耗?

空閑偵聽、數(shù)據(jù)沖突、串?dāng)_、掌握開銷

3-11.表達(dá)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)S-MAC協(xié)議的主要特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

〔1〕S-MAC協(xié)議的適用條件是傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量不大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能夠進(jìn)

行數(shù)據(jù)的處理和融合以減削數(shù)據(jù)通信量，網(wǎng)絡(luò)能容忍肯定程度的通信延遲。它的設(shè)計目標(biāo)是提供良好的擴(kuò)展性，減削結(jié)點(diǎn)能耗。

〔2〕周期性偵聽和睡眠機(jī)制、流量自適應(yīng)機(jī)制、沖突和串音避開機(jī)制、消息傳遞機(jī)制。

3-12.簡述路由選擇的主要功能。

〔1〕查找源結(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)。

3-14.常見的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議有哪些類型?并說明各種類型路由協(xié)議的主要特點(diǎn)。

〔1〕能量感知路由協(xié)議、基于查詢的路由協(xié)議、地理位置協(xié)議、牢靠的路由協(xié)議。

〔2〕能量感知路由協(xié)議：從數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰肯某霭l(fā)，爭論最少能量消耗和最長網(wǎng)絡(luò)生存期等問題。

基于查詢的路由協(xié)議：主要用于需要不斷查詢傳感器結(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，通過減削通信流量來節(jié)約能量，即數(shù)據(jù)融合技術(shù)與路由協(xié)議的設(shè)計相結(jié)合。

地理位置協(xié)議：主要應(yīng)用于需要知道目的結(jié)點(diǎn)的精確或大致地理位置的問題中，把結(jié)點(diǎn)的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，從而完成結(jié)點(diǎn)的路由選擇功能，并且降低維護(hù)路由協(xié)議的能耗。

牢靠的路由協(xié)議：應(yīng)用在對牢靠性和實(shí)時性等方面有特別要求的問題中。

3-15.如何設(shè)計傳感器網(wǎng)絡(luò)的定向擴(kuò)散路由協(xié)議?

4-2.傳感器網(wǎng)絡(luò)常見的時間同步機(jī)制有哪些?

RBS、Ting/Mini-Sync、TPSN

4-3.簡述TPSN時間同步協(xié)議的設(shè)計過程。

TPSN時間同步協(xié)議采納層次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的時間同步。全部結(jié)點(diǎn)根據(jù)層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)律分級。

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精品文檔結(jié)點(diǎn)到根結(jié)點(diǎn)的距離，通過基于發(fā)送者-接收者的結(jié)點(diǎn)對方式。每個結(jié)點(diǎn)與上一級的一個結(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步。從而最終全部結(jié)點(diǎn)都與根結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時間同步。

TPSN協(xié)議包括兩個階段:

第一個階段生成層次結(jié)構(gòu)，每個結(jié)點(diǎn)給予一個級別。根結(jié)點(diǎn)給予最高級別第0級。第i級的結(jié)點(diǎn)至少能夠與一個第(i-1)級的結(jié)點(diǎn)通信;

第二個階段實(shí)現(xiàn)全部樹結(jié)點(diǎn)的時間同步。第1級結(jié)點(diǎn)同步到根結(jié)點(diǎn)。第i級的結(jié)點(diǎn)同步到第(i-1)級的一個結(jié)點(diǎn)，最終全部結(jié)點(diǎn)都同步到根結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步。

4-6.簡述以下概念術(shù)語的含義:錨點(diǎn)、測距、連接度、到達(dá)時間差、接收信號強(qiáng)度指示、視線關(guān)系。

錨點(diǎn)：指通過其他方式預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的結(jié)點(diǎn)，有時也稱作信標(biāo)結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的其余結(jié)點(diǎn)稱為非錨點(diǎn)。測距：指兩個相互通信的結(jié)點(diǎn)通過測量方式來估量出彼此之間的距離或角度。

連接度：包括結(jié)點(diǎn)連接度和網(wǎng)絡(luò)連接度兩種含義。結(jié)點(diǎn)連接度是指結(jié)點(diǎn)可探測發(fā)覺的鄰居結(jié)點(diǎn)個數(shù)。網(wǎng)絡(luò)連接度是全部結(jié)點(diǎn)的鄰結(jié)點(diǎn)數(shù)目的平均值，它反映了傳感器配置的密集程度。

到達(dá)時間差：兩種不同傳播速度的信號從一個結(jié)點(diǎn)傳播到另一個結(jié)點(diǎn)所需要的時間之差。

接收信號強(qiáng)度指示：結(jié)點(diǎn)接收到無線信號的強(qiáng)度大小。

視線關(guān)系：假如傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩個結(jié)點(diǎn)之間沒有障礙物，能夠?qū)崿F(xiàn)徑直通信，那么稱這兩個結(jié)點(diǎn)問存在視線關(guān)系。4-9.RSSI測距的原理是什么

?

4-10.簡述ToA測距的原理。

4-11.舉例說明TDoA的測距過程。

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4-12.舉例說明AoA測角的過程。

4-13.試描述傳感器網(wǎng)絡(luò)多邊定位法的原理。

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精品文檔1-2.什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。目的是協(xié)作地探測、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)掩蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息,并報告給用戶。

1-4.圖示說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)。

1-5.傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探測結(jié)點(diǎn)由哪些部分組成?這些組成模塊的功能分別是什么?

(1)傳感模塊〔傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換〕、計算模塊、通信模塊、存儲模塊電源模塊和嵌入式軟件系統(tǒng)

(2)傳感模塊負(fù)責(zé)探測目標(biāo)的物理特征和現(xiàn)象，計算模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理，存儲模塊負(fù)責(zé)存放程序和數(shù)據(jù)，通信模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理信息和探測數(shù)據(jù)兩種信息的發(fā)送和接收。另外，電源模塊負(fù)責(zé)結(jié)點(diǎn)供電，結(jié)點(diǎn)由嵌入式軟件系統(tǒng)支撐，運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議。

1-8.傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)包括哪些部分?各部分的功能分別是什么

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(1)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議：類似于傳統(tǒng)Internet網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議體系。它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成。

(2)網(wǎng)絡(luò)管理平臺：主要是對傳感器結(jié)點(diǎn)自身的管理