《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》試題(共7頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》試題 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，觀察者 2、傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)的基本功能：采集、處理、控制和通信等 4、傳感器網(wǎng)絡(luò)常見的時間同步機(jī)制有： 5、無線通信物理層的主要技術(shù)包括：介質(zhì)的選擇、頻段的選擇、調(diào)制技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù) 6擴(kuò)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(kuò)頻、跳頻、跳時、寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻 7、定向擴(kuò)散路由機(jī)制可以分為三個階段：周期性的興趣擴(kuò)散、梯度建立和路徑加強(qiáng) 8、無線傳感器

2、網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：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) 9、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?fù)淇刂?、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)等 10、IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)主要包括：物理層和MAC層的標(biāo)準(zhǔn) 11、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。 12、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 13、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以選擇的頻段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ 14、傳感

3、器網(wǎng)絡(luò)的電源節(jié)能方法：休眠機(jī)制、數(shù)據(jù)融合等， 15、傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題：(1) 機(jī)密性問題。 (2) 點(diǎn)到點(diǎn)的消息認(rèn)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(diǎn)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 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 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(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

4、、工作信道、認(rèn)證加密方法、網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限等 19、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 20、傳感器節(jié)點(diǎn)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 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(jī)制: 當(dāng)某個站點(diǎn)（源站點(diǎn)）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(diǎn)等待接收ACK確認(rèn)幀。如果目的站點(diǎn)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(diǎn)發(fā)送ACK確認(rèn)幀。若源站點(diǎn)

5、在規(guī)定的時間內(nèi)接收到ACK確認(rèn)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(diǎn)進(jìn)行交互。由AP提供的5種服務(wù)將移動節(jié)點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)的加入。如果移動站點(diǎn)被接

6、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(diǎn)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(diǎn)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(rèn)證。當(dāng)移動站點(diǎn)與AP建立了關(guān)聯(lián)后， AP會向移動站點(diǎn)發(fā)送一個質(zhì)詢幀，看它是否知道以前分配給它

7、的密鑰；移動站點(diǎn)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(yàn)正確，則該移動站點(diǎn)就會被正式加入到單元中。 ? ⑵ 解除認(rèn)證。一個以前經(jīng)過認(rèn)證的站想要離開網(wǎng)絡(luò)時，需要解除認(rèn)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，傳感器節(jié)點(diǎn)的組成及其功能是什么 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 2.為什么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，每個傳感器節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時鐘。不同節(jié)點(diǎn)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(diǎn)之間的運(yùn)行時間偏差， RBS同步協(xié)議的基本思想是多個節(jié)點(diǎn)接收同一個同步信號，然后多個收到同步信號的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級，然后每個節(jié)點(diǎn)與上一級的一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時間同步，最終所有節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)時間同步。 3、為什么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的自身定位是應(yīng)用的基礎(chǔ)。許多應(yīng)用都要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)幾乎是沒有應(yīng)用價值的。所以，在的應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)的定位成為關(guān)鍵的問題。 通過測量節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位進(jìn)行定位 三邊測量算法：已知A、B、C三個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及它們到節(jié)點(diǎn)D的距離，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo) 三角測量算法：已知A、B、C三個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)D相對于節(jié)點(diǎn)A、B、C的角度，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)； 3.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

10、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(diǎn)能夠按照能源高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)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。 5.簡述基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，?說明節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的核心部件采用Chipcon公司生產(chǎn)的 射頻系統(tǒng)單芯片。該單芯片上整合了ZigBee RF前端、內(nèi)存和等。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(diǎn)和存儲各節(jié)點(diǎn)信息。

11、 路由器設(shè)備的作用是管理每對節(jié)點(diǎn)的路由信息。 終端設(shè)備相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的葉節(jié)點(diǎn)，可以是任意類型的物理設(shè)備。 6.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(yàn)，整個開發(fā)過程分為分析、設(shè)計、實(shí)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(shí)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

12、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(dá)到模塊間的松散藕合，以提高可重用性，使維護(hù)修改更容易，實(shí)現(xiàn)新的用戶需求。 實(shí)現(xiàn)階段:完成系統(tǒng)軟硬件平臺的定制和創(chuàng)建實(shí)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(diǎn)的功能，并對WSN操作系統(tǒng)(軟件平臺)進(jìn)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(yùn)行效率。 測試階段:將編譯成功的應(yīng)用程序?qū)斯?jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。 （WSN應(yīng)用,包括操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧,能夠仿真數(shù)量眾多的節(jié)點(diǎn),能夠觀察由不可預(yù)測的干擾和噪聲引起的難以琢磨的節(jié)

13、點(diǎn)間的相互作用,獲取節(jié)點(diǎn)間詳細(xì)的細(xì)節(jié),從而提高節(jié)點(diǎn)投放后的網(wǎng)絡(luò)成功率,減少投放后的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作。目前網(wǎng)絡(luò)使用的仿真工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等等。其中TinyOS是專門針對網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)而研究開發(fā)的。 NS2:NS是一種可擴(kuò)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(yùn)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,編寫NS底層的仿真引擎;OTCL是運(yùn)行速度較慢,但可以快速轉(zhuǎn)換的腳本語言,正好和C++互補(bǔ),所以O(shè)TCL語言被用來配置仿真中各種參數(shù),建立

14、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?fù)?配置源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)建立鏈接,產(chǎn)生所有事件的時間表,運(yùn)行并跟蹤仿真結(jié)果,還可以對結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計處理或制圖.NS可以提供有線網(wǎng)絡(luò)、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(shí)代碼十分接近,其真實(shí)性和可靠性是非常高的 OPNET主要特點(diǎn)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(

15、網(wǎng)絡(luò)層、節(jié)點(diǎn)層、進(jìn)程層)建模機(jī)制來描述現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)；(4)OPNET在過程層次中使用有限狀態(tài)機(jī)來對其它協(xié)議和過程進(jìn)行建模,用戶模型及OPNET內(nèi)置模型將會自動生成C語言實(shí)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(jī)上運(yùn)行的模擬器.

16、TOSSIM運(yùn)行和硬件相同的代碼,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(diǎn)上以AVR單片機(jī)語言編寫的程序提供仿真分析的工具。 7.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(diǎn)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(shí)時應(yīng)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(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涓兄芰鸵苿有缘闹С直容^差,如何在控制協(xié)議開銷的前提下,支持快速拓?fù)涓兄且粋€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(jī)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(jī)制來減少通信量,并通過讓各節(jié)點(diǎn)平均消耗能量來保持通信量的負(fù)載均衡。 　　(5)容錯性。由于WSNs 節(jié)點(diǎn)容易發(fā)生故障,應(yīng)盡量利用節(jié)點(diǎn)易獲得的網(wǎng)絡(luò)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(fù),可采用多路徑傳輸來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃? 8.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(diǎn)？ 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(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(shí)現(xiàn)；它提供框架的，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(shí)現(xiàn)。它的獨(dú)特性在于，資源極端受限（速度、大小、大小、通訊帶寬、資源數(shù)量以及電源受限

19、），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。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(dá)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(shí)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(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級調(diào)度，使用標(biāo)準(zhǔn)C語言和編譯器 ? ? 簡述建設(shè)無線校園網(wǎng)的技術(shù)方案，畫出拓?fù)鋱D，給出必須得哪些設(shè)備。 專心---專注---專業(yè)