無線傳感器網(wǎng)絡(luò)試題試卷

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《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》 一、 填空題（每題4分，共計60分） 1. 傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個基本要素：傳感器、感知對象、用戶(觀察者) 2. 傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能：協(xié)作式的感知、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、發(fā)布感知信息 3、 3. 無線傳感器節(jié)點的基本功能：采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、控制、通信 4. 無線通信物理層的主要技術(shù)包括：介質(zhì)選擇、頻段選取、調(diào)制技術(shù)、擴頻技術(shù) 5. 擴頻技術(shù)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(diào)頻擴頻 6. 定向擴散路由機制可以分為三個階段：興趣擴展階段、梯度建立階段、路徑加強階段 7. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點：大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、可靠的網(wǎng)絡(luò)、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò) 8. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：網(wǎng)絡(luò)拓撲控制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、時間同步、定位技術(shù)、數(shù)據(jù)融合及管理、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用層技術(shù) 9. IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)主要包括：物理層。介質(zhì)訪問控制層 10. 簡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后臺管理軟件結(jié)構(gòu)與組成：后臺管理軟件通常由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理引擎、圖形用戶界面和后臺組件四個部分組成。 11. 數(shù)據(jù)融合的內(nèi)容主要包括：多傳感器的目標(biāo)探測、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識別、情況評估和預(yù)測 12. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以選擇的頻段有：_800MHz___915M__、2.4GHz、___5GHz 13. 傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源節(jié)能方法：_休眠（技術(shù)）機制、__數(shù)據(jù)融合 14. 傳感器網(wǎng)絡(luò)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。 15. 802.11規(guī)定三種幀間間隔 ：短幀間間隔SIFS，長度為 28 ms a) 、點協(xié)調(diào)功能幀間間隔PIFS長度是 SIFS 加一個時隙(slot)長度，即78 ms b) 分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔DIFS ，DIFS長度=PIFS +1個時隙長度，DIFS 的長度為 128 ms 16. 任意相鄰區(qū)域使用無頻率交叉的頻道是，如：1、6、11頻道 。 17. 802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素SSID標(biāo)示了一個無線服務(wù)，這個服務(wù)的內(nèi)容包括了：接入速率、工作信道、認證加密方法、網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限等 18. 傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成 19. 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(yīng)模塊四部分組成 20. 物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋萬物的網(wǎng)絡(luò)。RIFD無線識別、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、能量供給模塊和納米技術(shù)列為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。 21. 建設(shè)無線校園網(wǎng)必須的設(shè)備有： 二、 基本概念解釋（每題5分，共40分） 1. 簡述無線網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CA的工作原理 CSMA/CA機制: 當(dāng)某個站點（源站點）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時，檢測信道。若信道空閑，且在DIFS時間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)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(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時間，然后向源站點發(fā)送ACK確認幀。若源站點在規(guī)定的時間內(nèi)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(wù)有哪些？ ? 802.11規(guī)定每個遵從該標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)必須提供9種服務(wù)，這些服務(wù)分為兩類，5種分布式服務(wù)和4種站服務(wù)。 分布式服務(wù)涉及到對單元（cell）的成員關(guān)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(wù)將移動節(jié)點與AP關(guān)聯(lián)起來，或者將它們與AP解除關(guān)聯(lián)。 ? ⑴ 建立關(guān)聯(lián)：當(dāng)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(shù)據(jù)速率、需要PCF服務(wù)和功率管理需求等。 AP可以接受或拒絕移動站點的加入。如果移動站點被接受，它必須證明它自己的身份。 ? ⑵ 解除關(guān)聯(lián)。無論是AP還是站點都可以主動解除關(guān)聯(lián)，從而中止它們之間的關(guān)系 ? ⑶ 重建關(guān)聯(lián)。站點可以使用該服務(wù)來改變它的首選AP 。 ? ⑷ 分發(fā)。該服務(wù)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(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。 ? ⑸ 集成。如果一個幀需要通過一個非802.11網(wǎng)絡(luò)（具有不同的編址方案或幀格式）傳輸，該服務(wù)可將802.11格式轉(zhuǎn)換成目的網(wǎng)絡(luò)要求的格式 站服務(wù)4種站服務(wù)用于管理單元內(nèi)的活動。 ? ⑴ 身份認證。當(dāng)移動站點與AP建立了關(guān)聯(lián)后， AP會向移動站點發(fā)送一個質(zhì)詢幀，看它是否知道以前分配給它的密鑰；移動站點用自己所知道的密鑰加密質(zhì)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(jīng)過認證的站想要離開網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)傳遞。提供了一種數(shù)據(jù)傳送和接收方法 3. 簡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作過程 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(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(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，目的是協(xié)作地采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶 4. 為什么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要時間同步，簡述RBS、TPSN時間同步算法工作原理？ 在分布式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先將所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)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。 5. 為什么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)點定位，簡述基于距離的定位算法三邊測量算法、三角測量算法的工作原理？ 傳感器節(jié)點的自身定位是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。許多應(yīng)用都要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點預(yù)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(yīng)用要求。若沒有位置信息，傳感器節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)幾乎是沒有應(yīng)用價值的。所以，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，節(jié)點的定位成為關(guān)鍵的問題。 基于距離的定位算法：通過測量節(jié)點與信標(biāo)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(biāo)，以及它們到節(jié)點D的距離，確定節(jié)點D的坐標(biāo) 三角測量算法：已知A、B、C三個節(jié)點的坐標(biāo)，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(biāo)； 6. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括哪些部分，各部分的功能分別是什么？ 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層和能量管理平臺、移動管理平臺和任務(wù)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(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務(wù)和資源共享。 7. 簡述基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?說明節(jié)點設(shè)備類型的不同與功能？ 基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的核心部件采用Chipcon公司生產(chǎn)的 2.4GHz射頻系統(tǒng)單芯片CC2430。該單芯片上整合了ZigBee RF前端、內(nèi)存和微控制器等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 ZigBee的邏輯設(shè)備按其功能可分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。 協(xié)調(diào)器的作用在于啟動網(wǎng)絡(luò)初始化、組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和存儲各節(jié)點信息。 路由器設(shè)備的作用是管理每對節(jié)點的路由信息。 終端設(shè)備相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的葉節(jié)點，可以是任意類型的物理設(shè)備。 8. 簡述無線傳感器應(yīng)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(jù)軟件工程的思想，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的特征，總結(jié)在開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中的經(jīng)驗，整個開發(fā)過程分為分析、設(shè)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(yīng)該做什么。指出系統(tǒng)要實現(xiàn)的目標(biāo)，在分析階段，要分析具體的應(yīng)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(chǔ)上分析員要能夠準(zhǔn)確地定義系統(tǒng)的需求。 設(shè)計階段:依據(jù)系統(tǒng)需求，設(shè)計選用適合目標(biāo)系統(tǒng)的硬件平臺、軟件系統(tǒng)等。使用模塊化原則，使用結(jié)構(gòu)圖將系統(tǒng)應(yīng)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(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)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(biāo)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(yīng)用程序?qū)斯?jié)點進行測試。 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用的仿真工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等等。其中TinyOS是專門針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(qū)動的仿真工具,它是由REAL仿真器發(fā)展而來.在NS的設(shè)計中,使用C++和OTCL兩種程序設(shè)計語言,C++是一種相對運行速度較快但是轉(zhuǎn)換比較慢的語言，所以C++語言被用來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換的腳本語言,正好和C++互補,所以O(shè)TCL語言被用來配置仿真中各種參數(shù),建立仿真的整體結(jié)構(gòu),OTCL的腳本通過調(diào)用引擎中各類屬性、方法,定義網(wǎng)絡(luò)的拓撲,配置源節(jié)點、目的節(jié)點建立鏈接,產(chǎn)生所有事件的時間表,運行并跟蹤仿真結(jié)果,還可以對結(jié)果進行相應(yīng)的統(tǒng)計處理或制圖.NS可以提供有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)中鏈路層及其上層精確到數(shù)據(jù)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?qū)ο蟮募夹g(shù),對象的屬性可以任意配置,每一對象屬于相應(yīng)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(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的處理構(gòu)件和模塊；(3)OPNET采用圖形化界面建模,為使用者提供三層(網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(nèi)建了很多性能分析器,它會自動采集模擬過程的結(jié)果數(shù)據(jù)；(6)OPNET幾乎預(yù)定義了所有常用的業(yè)務(wù)模型,如均勻分布、泊松分布等 TinyOS是專門針對傳感器研發(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(yīng)用在PC機上運行的模擬器.TOSSIM運行和傳感器硬件相同的代碼,仿真編譯器能直接從TinyOS應(yīng)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。 9. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議有哪些類型？路由協(xié)議的設(shè)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計以節(jié)能、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期為主要目的。 　　(1)QoS 路由。目前傳感器網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用引起的QoS 問題。 　　(2)支持移動性。目前的WSNs 路由協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)攻擊的主要目標(biāo), 設(shè)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(shù)據(jù)通信最為耗能,今后盡量通過使用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)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(yīng)盡量利用節(jié)點易獲得的網(wǎng)絡(luò)信息計算路由, 以確保在路由出現(xiàn)故障時能夠盡快得到恢復(fù),可采用多路徑傳輸來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃? 10. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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應(yīng)用軟件開發(fā)的基礎(chǔ)。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(wù)，而是定義了一套通用的界面框架，允許應(yīng)用程序選擇服務(wù)和實現(xiàn)；它提供框架的模塊化，以便適應(yīng)硬件的多樣性，同時允許應(yīng)用程序重用通用的軟件服務(wù)和抽象。同其他操作系統(tǒng)一樣，WSNOS是為了方便開發(fā)應(yīng)用，提供物理設(shè)備的抽象和高協(xié)調(diào)性的通用函數(shù)實現(xiàn)。它的獨特性在于，資源極端受限（處理器速度、存儲器大小、內(nèi)存大小、通訊帶寬、資源數(shù)量以及電源受限），設(shè)備特殊性和缺乏一致的抽象層次。因此，WSNOS的設(shè)計策略必須是一個資源庫，從中抽取一部分組成應(yīng)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。伯克利開發(fā)的TinyOS正是這樣一套WSNOS系統(tǒng) Tiny OS 2.0：美國加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)，事件驅(qū)動，基于組件，使用nesC編寫，nesC:使用C作為其基礎(chǔ)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(guān)鍵字定義，定義了接口及如何使用接口表達組件之間關(guān)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(xué)開發(fā)，輕量級的基于搶占的多線程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，編程語言為c語言，整個內(nèi)核占用的RAM小于500個字節(jié)，適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中處理復(fù)雜任務(wù)（例如加密解密，數(shù)據(jù)融合，定位，時間同步等）的需求 SOS 1.7：美國加州大學(xué)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(nèi)核和應(yīng)用程序模塊中都使用動態(tài)存儲，實現(xiàn)了優(yōu)先級調(diào)度，使用標(biāo)準(zhǔn)C語言和編譯器 11. WSN和Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)、傳統(tǒng)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)相比的差異，以及WSN的特點。 WSN是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的一種典型應(yīng)用，但WSN與傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)存在以下區(qū)別： 1、WSN節(jié)點數(shù)量更為龐大，分布更為密集；2、WSN節(jié)點更容易失效，網(wǎng)絡(luò)拓撲變化頻繁；3、WSN主要使用廣播通信機制，而Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是基于點對點的通信；4、WSN節(jié)點的動力能源、運算能力、存儲器大小均受局限；5、WSN不必擁有全球統(tǒng)一標(biāo)識符；6、WSN以數(shù)據(jù)為中心。 正是由于WSN與Ad hoc網(wǎng)絡(luò)存在以上的顯著區(qū)別，導(dǎo)致Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的許多研究成果不能適用于WSN，也導(dǎo)致兩者的應(yīng)用存在著顯著差別。 由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點對等、多跳無中心接入、不依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、抗毀性強等特點，使得它的應(yīng)用領(lǐng)域與普通的通信網(wǎng)絡(luò)有著非常大的區(qū)別。 12. 傳感器節(jié)點的組成和特點。 結(jié)構(gòu)：節(jié)點可以組成三種拓樸結(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree)。節(jié)點以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)、每個節(jié)點都可以自主采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過單跳方式或多跳中繼方式送到匯聚節(jié)點(Sink節(jié)點)。匯聚節(jié)點將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程的控制中心，或通過RS232接口把數(shù)據(jù)發(fā)送給PC 機進行數(shù)據(jù)處理和存儲。 特點：(1)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度高，數(shù)量大；(2)節(jié)點的計算和存儲能力有限；(3)節(jié)點體積微小，通常攜帶能量十分有限的電池，節(jié)點能量有限；(4)通信能力有限，傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬較窄，節(jié)點間的通信單跳距離通常只有幾十到幾百米，因此在有限的通信能力下如何設(shè)計網(wǎng)絡(luò)通信機制以滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信是必須考慮的問題；(5)各傳感器節(jié)點位置隨機分布，具有自組織特性。 13. S-MAC協(xié)議的實現(xiàn)手段和特點 基于競爭的隨機訪問MAC協(xié)議是載波偵聽多路訪問(CSMA)接入方式。在無線局域網(wǎng)IEEE 802.11 MAC協(xié)議的分布式協(xié)調(diào)工作模式中，就采用了帶沖突避免的載波偵聽多路訪問(CSMA with Collision Avoidance，CSMA/CA)協(xié)議，它是基于競爭的無線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的典型代表。CSMA/CA機制:在信號傳輸之前，發(fā)射機先偵聽介質(zhì)中是否有同信道載波，若不存在，意味著信道空閑，將直接進入數(shù)據(jù)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。這種介質(zhì)訪問控制層的方案簡化了實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的過程。 14. MAC層中共享介質(zhì)避免沖突的主要方法 在802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中，沖突的檢測存在一定的問題，這個問題稱為"Near/Far"現(xiàn)象，這是由于要檢測沖突，設(shè)備必須能夠一邊接受數(shù)據(jù)信號一邊傳送數(shù)據(jù)信號，而這在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。 鑒于這個差異，在802.11中對CSMA/CD進行了一些調(diào)整，采用了新的協(xié)議CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或者DCF(Distributed Coordination Function)。 CSMA/CA利用ACK信號來避免沖突的發(fā)生，也就是說，只有當(dāng)客戶端收到網(wǎng)絡(luò)上返回的ACK信號后才確認送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達目的地址。 15. 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)有哪些？各有何特點？ 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)包括無線電、紅外線和光波等。 （1）無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無線通信。根據(jù)波長的不同，電磁波分為無線電波、微波、紅外線、毫米波和光波等，其中無線電波在無線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。 （2）無線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠，可以穿過建筑物，因而被廣泛地用于室內(nèi)或室外的無線通信。無線電波是全方向傳播信號的，它能向任意方向發(fā)送無線信號，所以發(fā)射方和接收方的裝置在位置上不必要求很精確的對準(zhǔn)。 16. 什么是mesh網(wǎng)絡(luò)？mesh網(wǎng)絡(luò)有何特點？ 無線mesh網(wǎng)絡(luò)，由mesh routers和mesh clients組成，其中mesh routers構(gòu)成骨干網(wǎng)絡(luò)，并和有線的internet網(wǎng)相連接，負責(zé)為mesh clients提供多跳的無線internet連接。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 特點：1.快速部署和易于安裝。 2.非視距傳輸(NLOS)。 3.健壯性。 4．結(jié)構(gòu)靈活。 5．高帶寬。 17. 什么是調(diào)制技術(shù)？為什么WSN物理層要進行調(diào)制機制設(shè)計？ a) 調(diào)制技術(shù)是把基帶信號變換成傳輸信號的技術(shù)。它將模擬信號抽樣量化后，以二進制數(shù)字信號“1”或“0”對光載波進行通斷調(diào)制，并進行脈沖編碼（PCM）。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點是抗干擾能力強，中繼時噪聲及色散的影響不積累，因此可實現(xiàn)長距離傳輸。它的缺點是需要較寬的頻帶，設(shè)備也復(fù)雜。 b) 調(diào)制技術(shù)的最終目的就是使得調(diào)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(diào)方便且易于集成。 18. 調(diào)制方式BPSK、O-QPSK是什么含義？ （1） BPSK全稱 ： Binary Phase Shift Keying。把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)值的轉(zhuǎn)換方式之一。是利用偏離相位的復(fù)數(shù)波浪組合來表現(xiàn)信息鍵控移相方式的一種。BPSK使用了基準(zhǔn)的正弦波和相位反轉(zhuǎn)的波浪，使一方為0，另一方為1，從而可以同時傳送接受2值(1比特)的信息。由于最單純的鍵控移相方式雖抗噪音較強但傳送效率差，所以常常使用利用4個相位的QPSK和利用8個相位的8PSK。 （2） 偏移四相相移鍵控信號簡稱“O-QPSK”。全稱為offset QPSK，也就是相對移相方式OQPSK。它具有一系列獨特的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。在數(shù)字信號的調(diào)制方式中QPSK四相移鍵控是最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現(xiàn)也較為簡單。 19. 什么是貪婪（貪心）算法？ 貪心算法（又稱貪婪算法）是指，在對問題求解時，總是做出在當(dāng)前看來是最好的選擇。也就是說，不從整體最優(yōu)上加以考慮，他所做出的僅是在某種意義上的局部最優(yōu)解。貪心算法不是對所有問題都能得到整體最優(yōu)解，但對范圍相當(dāng)廣泛的許多問題他能產(chǎn)生整體最優(yōu)解或者是整體最優(yōu)解的近似解。 貪婪算法（Greedy algorithm）是一種對某些求最優(yōu)解問題的更簡單、更迅速的設(shè)計技術(shù)。用貪婪法設(shè)計算法的特點是一步一步地進行，常以當(dāng)前情況為基礎(chǔ)根據(jù)某個優(yōu)化測度作最優(yōu)選擇，而不考慮各種可能的整體情況，它省去了為找最優(yōu)解要窮盡所有可能而必須耗費的大量時間，它采用自頂向下，以迭代的方法做出相繼的貪心選擇，每做一次貪心選擇就將所求問題簡化為一個規(guī)模更小的子問題，通過每一步貪心選擇，可得到問題的一個最優(yōu)解，雖然每一步上都要保證能獲得局部最優(yōu)解，但由此產(chǎn)生的全局解有時不一定是最優(yōu)的，所以貪婪法不要回溯。 　　貪婪算法是一種改進了的分級處理方法。其核心是根據(jù)題意選取一種量度標(biāo)準(zhǔn)。然后將這多個輸入排成這種量度標(biāo)準(zhǔn)所要求的順序，按這種順序一次輸入一個量。如果這個輸入和當(dāng)前已構(gòu)成在這種量度意義下的部分最佳解加在一起不能產(chǎn)生一個可行解，則不把此輸入加到這部分解中。這種能夠得到某種量度意義下最優(yōu)解的分級處理方法稱為貪婪算法。 　　對于一個給定的問題，往往可能有好幾種量度標(biāo)準(zhǔn)。初看起來，這些量度標(biāo)準(zhǔn)似乎都是可取的，但實際上，用其中的大多數(shù)量度標(biāo)準(zhǔn)作貪婪處理所得到該量度意義下的最優(yōu)解并不是問題的最優(yōu)解，而是次優(yōu)解。因此，選擇能產(chǎn)生問題最優(yōu)解的最優(yōu)量度標(biāo)準(zhǔn)是使用貪婪算法的核心。 20. GPSR協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式有哪些？區(qū)別是什么？ 傳送模式：貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式和周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式。 貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式：若節(jié)點是距離目的節(jié)點最近的一個中轉(zhuǎn)節(jié)點，則源節(jié)點將分組轉(zhuǎn)發(fā)至節(jié)點"，如果某個鄰節(jié)點與網(wǎng)關(guān)接點的距離小于自身到網(wǎng)關(guān)的距離，則保持當(dāng)前模式，同時轉(zhuǎn)發(fā)給選定的鄰節(jié)點，如果滿足不了上述要求，則將數(shù)據(jù)分組中的模式判斷標(biāo)志位設(shè)置為就改變數(shù)據(jù)模式為周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式 周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式：該模式使用簡單的平坦圖遍歷算法)其執(zhí)行的過程如圖,所示)實際上，當(dāng)一個數(shù)據(jù)分組在節(jié)點(處進入周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式時，"#$%$&會在平坦圖&/"上逐步靠近目的節(jié)點%的面上按照右手法則將該數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)到該面的第一條邊上，節(jié)點(同時也確定了用于轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)分組的第一個面，這樣的面被節(jié)點(到節(jié)點%的連線(%所分割!當(dāng)一個數(shù)據(jù)分組進入到周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式時，"#$%$&會記錄下模式切換點$)的位置信息，并將它保留在數(shù)據(jù)分組中!保存$)位置信息的目的是為了在后面的轉(zhuǎn)發(fā)過程中判斷數(shù)據(jù)分組是否可恢復(fù)為貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式!一旦某一節(jié)點收到了周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式的數(shù)據(jù)分組，"#$%$&首先會對保存在數(shù)據(jù)分組中的位置信息$)和該節(jié)點的位置信息進行比較，如果該轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點到目的節(jié)點%的歐氏距離比$)到目的節(jié)點%的歐氏距離小，則"#$%$&標(biāo)志該數(shù)據(jù)分組為貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式，重新進入模式-的轉(zhuǎn)發(fā)執(zhí)行過程)在周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式中，如果所要遍歷的面的下一條邊在數(shù)據(jù)分組中已經(jīng)有了記錄，表明此時數(shù)據(jù)分組進入到了路由環(huán)路中，丟棄該數(shù)據(jù)分組 21. 什么路由空洞？如何產(chǎn)生的？怎樣解決？ 使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略會出現(xiàn)所謂路由空洞缺欠。 如圖1所示S為源節(jié)點D為目的節(jié)點I、J是以T為圓心T的感應(yīng)半徑為半徑的圓和以D為圓心TD為半徑的圓的兩個交點在這里我們稱兩個圓的交點為路由空洞的頂點。按照貪婪算法思想從S選擇離D最近的鄰居A為下一跳同理A選擇T為下一跳。但是T的所有鄰居都比自己到D的距離遠也就是說產(chǎn)生了路由空洞如圖1中陰影所示。要解決空洞現(xiàn)象，可以使用周邊轉(zhuǎn)發(fā)機制。 22. 說明MECN、TBF、邊界定位三種路由協(xié)議的設(shè)計思想，具體實現(xiàn)過程，特點及適用場合。 （1） MECN MECN協(xié)議為每個節(jié)點設(shè)置了轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域。轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域可以表示為一組節(jié)點集，發(fā)送節(jié)點通過轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，與直接將數(shù)據(jù)傳誦到目的節(jié)點相比，這種方式需要的能量比較少。 MECN的主要思想是構(gòu)建子網(wǎng)，要求子網(wǎng)內(nèi)部所含節(jié)點數(shù)目比較少并且任意兩個節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)都消耗更少的能量。這樣，不必考慮網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的節(jié)點。就可以發(fā)現(xiàn)全局最小能量的路徑。這對每個考慮到自身轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域的節(jié)點來說，利用本地搜索就可以實現(xiàn)到達目的節(jié)點的最小能量消耗 MECN的運行分2個階段完成 第一階段：獲取二維平面的位置信息，并構(gòu)建包含所有發(fā)送節(jié)點外圍的外圍圖。外圍圖的構(gòu)建由節(jié)點內(nèi)部的本地計算來完成。 第二階段：在外圍圖中搜索最優(yōu)路徑，搜索過程采用以能量消耗作為代價度量的分布式BelmanFond最短路徑算法來實現(xiàn) MECN具有自動重配置的特點，因此可以動態(tài)的適應(yīng)節(jié)點的失效和網(wǎng)絡(luò)的分布。但該協(xié)議是在假定網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每2個節(jié)點都可以直接通信，即網(wǎng)絡(luò)是在充分連接的前提下提出的，這在實際環(huán)境中不容易作到。盡管MECN協(xié)議最初是為無線自組網(wǎng)設(shè)計的，但該協(xié)議同樣使用于節(jié)點固定或者較少移動的無線長期網(wǎng)絡(luò) （2） TBF TBF（Temporary Block Flow）是指兩個無線資源實體所使用的一個物理連接，以達到在PDCH上支持單向傳遞LLC PDU的目的。 TBF是一個基于源站和基于位置的路由協(xié)議。TBF不同于GPRS協(xié)議和通常的源站路由協(xié)議。通信中的TBF----Temporary Block Flow 臨時塊流； 工業(yè)中的TBF----Thermal Bonding Film 熱熔膠膜 該協(xié)議主要有以下幾個特點：可利用GPRS協(xié)議的方法或其他方法避開空洞；通過指定不同的軌道參數(shù),容易實現(xiàn)多路徑傳播、廣播、對特定區(qū)域的廣播和多播；允許網(wǎng)絡(luò)拓撲變化,可避免傳統(tǒng)源站路由協(xié)議的缺點?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的不利因素主要是：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大,路徑加長,沿途節(jié)點進行計算的開銷也相應(yīng)增加；且需要GPS定位系統(tǒng)或其他定位方法協(xié)助計算節(jié)點位置信息。 （3）邊界定位路由協(xié)議 邊界定位路由協(xié)議. 一般基于地理位置信息的路由協(xié)議, 均要求每個節(jié)點具備. 感知位置信息的能力, 這在傳感器網(wǎng)絡(luò)中往往無法實現(xiàn)。 23. 定向擴散路由和謠傳路由有何區(qū)別？ 定向擴散路由協(xié)議（Directed Diffusion）簡稱DD路由協(xié)議，是一種典型BL1117C-33C 的以數(shù)據(jù)為中心，基于查詢的路由機制。匯聚節(jié)點根據(jù)不同的應(yīng)用需求定義不同的興趣(Interest)請求消息，并通過洪泛的方式將興趣請求消息數(shù)據(jù)包發(fā)送至全網(wǎng)或者局部網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點。興趣請求消息用來表示查詢內(nèi)容，反應(yīng)終端用戶希望獲得全網(wǎng)不同類型的數(shù)據(jù)服務(wù)，例如，監(jiān)測區(qū)域中環(huán)境的溫度、濕度、光照度以及流媒體應(yīng)用等。在進行興趣消息洪泛發(fā)送過程的同時，每個節(jié)點根據(jù)緩存中的興趣列表，沿著興趣消息發(fā)送方向的反向建立數(shù)據(jù)傳輸梯度( Gradient)，當(dāng)興趣消息到達源節(jié)點后，源節(jié)點則將數(shù)據(jù)沿著之前建立好的傳輸梯度進行正向傳輸，直到匯聚節(jié)點。 定向擴散路由協(xié)議為了能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(tài)變化，采用周期性地對網(wǎng)絡(luò)進行路由維護與更新，其主要分為3個階段：興趣消息擴散、數(shù)據(jù)傳輸梯度建立、路徑加強 謠傳路由（Rumor）協(xié)議.如果sink點的一次查詢只需一次上報,Directed Diffusion協(xié)議開銷就太大了,Rumor協(xié)議正是為解決此問題而設(shè)計的.該協(xié)議借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想.當(dāng)節(jié)點監(jiān)測到事件后將其保存,并創(chuàng)建稱為Agent的生命周期較長的包括事件和源節(jié)點信息的數(shù)據(jù)包,將其按一條或多條隨機路徑在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā).收到Agent的節(jié)點根據(jù)事件和源節(jié)點信息建立反向路徑,并將Agent再次隨機發(fā)送到相鄰節(jié)點,并可在再次發(fā)送前在Agent中增加其已知的事件信息.sink點的查詢請求也沿著一條隨機路徑轉(zhuǎn)發(fā),當(dāng)兩路徑交叉時則路由建立;如不交叉,sink點可flooding查詢請求.在多sink點、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下,Rumor協(xié)議較為有效.但如果事件非常多,維護事件表和收發(fā)Agent帶來的開銷會很大.