《無線傳感器網絡》試題(共7頁)

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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 《無線傳感器網絡》試題 一、 填空題（每題4分，共計60分） 1、傳感器網絡的三個基本要素：傳感器，感知對象，觀察者 2、傳感器網絡的基本功能：協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知信息 3、無線傳感器節(jié)點的基本功能：采集、處理、控制和通信等 4、傳感器網絡常見的時間同步機制有： 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，可以分為以下四種： ：直接序列擴頻、跳頻、跳時、寬帶線性調頻擴頻 7、定向擴散路由機制可以分為三個階段：周期性的興趣擴散、梯度建立和路徑加強 8、無線傳感器

2、網絡特點：大規(guī)模網絡、自組織網絡、可靠的網絡、以數據為中心的網絡、應用相關的網絡 9、無線傳感器網絡的關鍵技術主要包括：網絡拓撲控制、網絡協(xié)議、時間同步、定位技術、數據融合及管理、網絡安全、應用層技術等 10、IEEE 802.15.4標準主要包括：物理層和MAC層的標準 11、簡述無線傳感器網絡后臺管理軟件結構與組成：后臺管理軟件通常由數據庫、數據處理引擎、圖形用戶界面和后臺組件四個部分組成。 12、數據融合的內容主要包括：多傳感器的目標探測、數據關聯(lián)、跟蹤與識別、情況評估和預測 13、無線傳感器網絡可以選擇的頻段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ 14、傳感

3、器網絡的電源節(jié)能方法：休眠機制、數據融合等， 15、傳感器網絡的安全問題：(1) 機密性問題。 (2) 點到點的消息認證問題。 (3) 完整性鑒別問題。 16、802.11規(guī)定三種幀間間隔 ：短幀間間隔SIFS，長度為 28 ms 、點協(xié)調功能幀間間隔PIFS長度是 SIFS 加一個時隙(slot)長度，即78 ms 分布協(xié)調功能幀間間隔DIFS ，DIFS長度=PIFS +1個時隙長度，DIFS 的長度為 128 ms 17、 任意相鄰區(qū)域使用無頻率交叉的頻道是，如：1、6、11頻道 。 18、802.11網絡的基本元素SSID標示了一個無線服務，這個服務的內容包括了：接入速率

4、、工作信道、認證加密方法、網絡訪問權限等 19、傳感器是將外界信號轉換為電信號的裝置，傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成 20、傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成 二、 基本概念解釋（每題5分，共40分） 1.簡述無線網絡介質訪問控制方法CSMA/CA的工作原理 CSMA/CA機制: 當某個站點（源站點）有數據幀要發(fā)送時，檢測信道。若信道空閑，且在DIFS時間內一直空閑，則發(fā)送這個數據幀。發(fā)送結束后，源站點等待接收ACK確認幀。如果目的站點接收到正確的數據幀，還需要等待SIFS時間，然后向源站點發(fā)送ACK確認幀。若源站點

5、在規(guī)定的時間內接收到ACK確認幀，則說明沒有發(fā)生沖突，這一幀發(fā)送成功。否則執(zhí)行退避算法。 2、802.11無線LAN提供的服務有哪些？ ? 802.11規(guī)定每個遵從該標準的無線局域網必須提供9種服務，這些服務分為兩類，5種分布式服務和4種站服務。 分布式服務涉及到對單元（cell）的成員關系的管理，并且會與其它單元中的站點進行交互。由AP提供的5種服務將移動節(jié)點與AP關聯(lián)起來，或者將它們與AP解除關聯(lián)。 ? ⑴ 建立關聯(lián)：當移動站點進入一個新的單元后，立即通告它的身份與能力。能力包括支持的數據速率、需要PCF服務和功率管理需求等。 AP可以接受或拒絕移動站點的加入。如果移動站點被接

6、受，它必須證明它自己的身份。 ? ⑵ 解除關聯(lián)。無論是AP還是站點都可以主動解除關聯(lián)，從而中止它們之間的關系 ? ⑶ 重建關聯(lián)。站點可以使用該服務來改變它的首選AP 。 ? ⑷ 分發(fā)。該服務決定如何將發(fā)送到AP的幀發(fā)送出去。如果目的站在同一個AP下，幀可以被直接發(fā)送出去，否則必須通過有線網絡轉發(fā)。 ? ⑸ 集成。如果一個幀需要通過一個非802.11網絡（具有不同的編址方案或幀格式）傳輸，該服務可將802.11格式轉換成目的網絡要求的格式 站服務4種站服務用于管理單元內的活動。 ? ⑴ 身份認證。當移動站點與AP建立了關聯(lián)后， AP會向移動站點發(fā)送一個質詢幀，看它是否知道以前分配給它

7、的密鑰；移動站點用自己所知道的密鑰加密質詢幀，然后發(fā)回給AP ，就可以證明它是知道密鑰的；如果AP檢驗正確，則該移動站點就會被正式加入到單元中。 ? ⑵ 解除認證。一個以前經過認證的站想要離開網絡時，需要解除認證。 ? ⑶ 保密。處理加密和解密，加密算法為RC4。 ⑷ 數據傳遞。提供了一種數據傳送和接收方法 3.簡述無線傳感器網絡系統(tǒng)工作過程，傳感器節(jié)點的組成及其功能是什么 無線傳感器網絡(WSN)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，目的是協(xié)作地采集、處理和傳輸網絡覆蓋地域內感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶 2.為什么無線傳感器網絡需要時間同步，簡

8、述RBS、TPSN時間同步算法工作原理？ 在分布式的無線傳感器網絡應用中，每個傳感器節(jié)點都有自己的本地時鐘。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， RBS同步協(xié)議的基本思想是多個節(jié)點接收同一個同步信號，然后多個收到同步信號的節(jié)點之間進行同步。這種同步算法消除了同步信號發(fā)送一方的時間不確定性。這種同步協(xié)議的缺點是協(xié)議開銷大 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)點都與根節(jié)點時間同步。 3、為什么無線傳感器網絡需要節(jié)點定位，簡述基于距離的定位算法三邊測

9、量算法、三角測量算法的工作原理？ 傳感器節(jié)點的自身定位是應用的基礎。許多應用都要求網絡節(jié)點預先知道自身的位置，并在通信和協(xié)作過程中利用位置信息完成應用要求。若沒有位置信息，傳感器節(jié)點所采集的數據幾乎是沒有應用價值的。所以，在的應用中，節(jié)點的定位成為關鍵的問題。 通過測量節(jié)點與信標節(jié)點間的實際距離或方位進行定位 三邊測量算法：已知A、B、C三個節(jié)點的坐標，以及它們到節(jié)點D的距離，確定節(jié)點D的坐標 三角測量算法：已知A、B、C三個節(jié)點的坐標，節(jié)點D相對于節(jié)點A、B、C的角度，確定節(jié)點D的坐標； 3.無線傳感器網絡體系結構包括哪些部分，各部分的功能分別是什么？ 無線傳感器網絡體系結構包

10、括物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層和能量管理平臺、移動管理平臺和任務管理平臺。這些管理平臺使得傳感器節(jié)點能夠按照能源高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點移動的傳感器網絡中轉發(fā)數據，并支持多任務和資源共享。 5.簡述基于ZigBee無線傳感器網絡架構，?說明節(jié)點設備類型的不同與功能？ 基于ZigBee無線傳感器網絡節(jié)點的核心部件采用Chipcon公司生產的 射頻系統(tǒng)單芯片。該單芯片上整合了ZigBee RF前端、內存和等。其結構框圖如圖所示。 ZigBee的邏輯設備按其功能可分為協(xié)調器、路由器和終端設備。 協(xié)調器的作用在于啟動網絡初始化、組織網絡節(jié)點和存儲各節(jié)點信息。

11、 路由器設備的作用是管理每對節(jié)點的路由信息。 終端設備相當于網絡中的葉節(jié)點，可以是任意類型的物理設備。 6.簡述無線傳感器應用的開發(fā)過程，系統(tǒng)仿真常用哪些軟件平臺？ 開發(fā)過程 　　依據軟件工程的思想，結合無線傳感器網絡及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的特征，總結在開發(fā)無線傳感器網絡應用過程中的經驗，整個開發(fā)過程分為分析、設計、實現(xiàn)和測試四個階段 分析階段:整個開發(fā)過程始于分析階段，這個階段顯示系統(tǒng)應該做什么。指出系統(tǒng)要實現(xiàn)的目標，在分析階段，要分析具體的應用背景及用戶或用戶代表對系統(tǒng)的期望，并給出明確的定義，在此基礎上分析員要能夠準確地定義系統(tǒng)的需求。 設計階段:依據系統(tǒng)需求，設計選用

12、適合目標系統(tǒng)的硬件平臺、軟件系統(tǒng)等。使用模塊化原則，使用結構圖將系統(tǒng)應用程序先劃分為較小的部分，以便能夠容易理解和處理。在模塊劃分的過程中，要盡量達到模塊間的松散藕合，以提高可重用性，使維護修改更容易，實現(xiàn)新的用戶需求。 實現(xiàn)階段:完成系統(tǒng)軟硬件平臺的定制和創(chuàng)建實際的程序。根據目標系統(tǒng)的設計和需求，定制傳感器節(jié)點的功能，并對WSN操作系統(tǒng)(軟件平臺)進行裁減，剔除開發(fā)目標系統(tǒng)所不需要的部分，以節(jié)省有限的空間，提高系統(tǒng)運行效率。 測試階段:將編譯成功的應用程序導人節(jié)點進行測試。 （WSN應用,包括操作系統(tǒng)和網絡協(xié)議棧,能夠仿真數量眾多的節(jié)點,能夠觀察由不可預測的干擾和噪聲引起的難以琢磨的節(jié)

13、點間的相互作用,獲取節(jié)點間詳細的細節(jié),從而提高節(jié)點投放后的網絡成功率,減少投放后的網絡維護工作。目前網絡使用的仿真工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等等。其中TinyOS是專門針對網絡的特點而研究開發(fā)的。 NS2:NS是一種可擴展、以配置和可編程的時間驅動的仿真工具,它是由REAL仿真器發(fā)展而來.在NS的設計中,使用C++和OTCL兩種程序設計語言,C++是一種相對運行速度較快但是轉換比較慢的語言，所以C++語言被用來實現(xiàn)網絡協(xié)議,編寫NS底層的仿真引擎;OTCL是運行速度較慢,但可以快速轉換的腳本語言,正好和C++互補,所以OTCL語言被用來配置仿真中各種參數,建立

14、仿真的整體結構,OTCL的腳本通過調用引擎中各類屬性、方法,定義網絡的拓撲,配置源節(jié)點、目的節(jié)點建立鏈接,產生所有事件的時間表,運行并跟蹤仿真結果,還可以對結果進行相應的統(tǒng)計處理或制圖.NS可以提供有線網絡、網絡中鏈路層及其上層精確到數據包的一系列行為仿真。NS中的許多協(xié)議都和真實代碼十分接近,其真實性和可靠性是非常高的 OPNET主要特點包括以下幾個方面:(1)采用面向對象的技術,對象的屬性可以任意配置,每一對象屬于相應行為和功能的類,可以通過定義新的類來滿足不同的系統(tǒng)要求；(2)OPNET提供了各種通信網絡和信息系統(tǒng)的處理構件和模塊；(3)OPNET采用圖形化界面建模,為使用者提供三層(

15、網絡層、節(jié)點層、進程層)建模機制來描述現(xiàn)實的系統(tǒng)；(4)OPNET在過程層次中使用有限狀態(tài)機來對其它協(xié)議和過程進行建模,用戶模型及OPNET內置模型將會自動生成C語言實現(xiàn)可執(zhí)行的高效、高離散事件的模擬流程；(5)OPNET內建了很多性能分析器,它會自動采集模擬過程的結果數據；(6)OPNET幾乎預定義了所有常用的業(yè)務模型,如均勻分布、泊松分布等 TinyOS是專門針對研發(fā)出的操作系統(tǒng)。使用的語言為nesC語言。TinyOS操作系統(tǒng)中常用的仿真平臺主要是TOSSIM和Avrora （1）TOSSIM(TinyOSsimulation)是一個支持基于TinyOS的應用在PC機上運行的模擬器.

16、TOSSIM運行和硬件相同的代碼,仿真編譯器能直接從TinyOS應用的組件表中編譯生成仿真程序。 （2）Avrora是一種專門為Atmel和Mica2節(jié)點上以AVR單片機語言編寫的程序提供仿真分析的工具。 7.無線傳感器網絡的路由協(xié)議有哪些類型？路由協(xié)議的設計要求？ 由協(xié)議主要分為四類:基于聚簇的路由協(xié)議、以數據為中心路由協(xié)議、基于地理位置路由協(xié)議和能量感知路由協(xié)議 現(xiàn)有的無線傳感器網絡路由協(xié)議設計以節(jié)能、延長網絡生命周期為主要目的。 　　(1)QoS 路由。目前傳感器網絡路由協(xié)議的研究重點主要集中在能量效率上, 而在未來的研究中可能還需要解決由視頻和成像傳感器以及實時應用引起

17、的QoS 問題。 　　(2)支持移動性。目前的WSNs 路由協(xié)議對網絡的拓撲感知能力和移動性的支持比較差,如何在控制協(xié)議開銷的前提下,支持快速拓撲感知是一個重要挑戰(zhàn)。 　　(3)安全路由。由于WSNs 的固有特性,其路由協(xié)議極易受到安全威脅, 是網絡攻擊的主要目標, 設計簡單、有效、適用于WSNs 的安全機制是今后努力的方向。 　　(4)有效功耗。WSNs 中數據通信最為耗能,今后盡量通過使用數據融合技術、數據傳輸中采用過濾機制來減少通信量,并通過讓各節(jié)點平均消耗能量來保持通信量的負載均衡。 　　(5)容錯性。由于WSNs 節(jié)點容易發(fā)生故障,應盡量利用節(jié)點易獲得的網絡信息計算路由, 以

18、確保在路由出現(xiàn)故障時能夠盡快得到恢復,可采用多路徑傳輸來提高數據傳輸的可靠性 8.無線傳感器網絡常用操作系統(tǒng)有哪些？各有哪些特點？ WSN的操作系統(tǒng)(WSNOS)是WSN系統(tǒng)的基本軟件環(huán)境，是許許多多的WSN開發(fā)的基礎。WSNOS不是特定的系統(tǒng)/用戶界面，也不是特定的一系列系統(tǒng)服務，而是定義了一套通用的界面框架，允許應用程序選擇服務和實現(xiàn)；它提供框架的，以便適應硬件的多樣性，同時允許應用程序重用通用的軟件服務和抽象。同其他操作系統(tǒng)一樣，WSNOS是為了方便開發(fā)應用，提供物理設備的抽象和高協(xié)調性的通用函數實現(xiàn)。它的獨特性在于，資源極端受限（速度、大小、大小、通訊帶寬、資源數量以及電源受限

19、），設備特殊性和缺乏一致的抽象層次。因此，WSNOS的設計策略必須是一個資源庫，從中抽取一部分組成應用。它致力于提供有限資源的并發(fā)，而不是提供接口或形式。開發(fā)的TinyOS正是這樣一套WSNOS系統(tǒng) Tiny OS 2.0：美國加州大學伯克利分校開發(fā)，事件驅動，基于組件，使用nesC編寫，nesC:使用C作為其基礎語言，支持所有的C語言詞法和語法，增加了組件（component）和接口（interface）的關鍵字定義，定義了接口及如何使用接口表達組件之間關系的方法，目前只支持組件的靜態(tài)連接，不能實現(xiàn)動態(tài)連接和配置 Mantis OS 0.9.5 (Multimodal Networks of In-situ Sensors) ：美國克羅拉多大學開發(fā)，輕量級的基于搶占的多線程無線傳感器網絡操作系統(tǒng)，編程語言為c語言，整個內核占用的RAM小于500個字節(jié)，適合于無線傳感器網絡中處理復雜任務（例如加密解密，數據融合，定位，時間同步等）的需求 SOS 1.7：美國加州大學洛杉磯分校開發(fā)，提供了很好的動態(tài)增加和刪除模塊的功能 ，內核和應用程序模塊中都使用動態(tài)存儲，實現(xiàn)了優(yōu)先級調度，使用標準C語言和編譯器 ? ? 簡述建設無線校園網的技術方案，畫出拓撲圖，給出必須得哪些設備。 專心---專注---專業(yè)