無線傳感器網(wǎng)絡試題試卷

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《無線傳感器網(wǎng)絡》 一、 填空題（每題4分，共計60分） 1. 傳感器網(wǎng)絡的三個基本要素：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包括：介質選擇、頻段選取、調(diào)制技術、擴頻技術 5. 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(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)絡特點：大規(guī)模網(wǎng)絡、自組織網(wǎng)絡、可靠的網(wǎng)絡、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡、應用相關的網(wǎng)絡 8. 無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術主要包括：網(wǎng)絡拓撲控制、網(wǎng)絡協(xié)議、時間同步、定位技術、數(shù)據(jù)融合及管理、網(wǎng)絡安全、應用層技術 9. IEEE 802.15.4標準主要包括：物理層。介質訪問控制層 10. 簡述無線傳感器網(wǎng)絡后臺管理軟件結構與組成：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：多傳感器的目標探測、數(shù)據(jù)關聯(lián)、跟蹤與識別、情況評估和預測 12. 無線傳感器網(wǎng)絡可以選擇的頻段有：_800MHz___915M__、2.4GHz、___5GHz 13. 傳感器網(wǎng)絡的電源節(jié)能方法：_休眠（技術）機制、__數(shù)據(jù)融合 14. 傳感器網(wǎng)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。 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)絡的基本元素SSID標示了一個無線服務，這個服務的內(nèi)容包括了：接入速率、工作信道、認證加密方法、網(wǎng)絡訪問權限等 18. 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 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)的基礎上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術，構造一個覆蓋萬物的網(wǎng)絡。RIFD無線識別、嵌入式系統(tǒng)技術、能量供給模塊和納米技術列為物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術。 21. 建設無線校園網(wǎng)必須的設備有： 二、 基本概念解釋（每題5分，共40分） 1. 簡述無線網(wǎng)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(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提供的服務有哪些？ ? 802.11規(guī)定每個遵從該標準的無線局域網(wǎng)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡轉發(fā)。 ? ⑸ 集成。如果一個幀需要通過一個非802.11網(wǎng)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(wǎng)絡要求的格式 站服務4種站服務用于管理單元內(nèi)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(jīng)過認證的站想要離開網(wǎng)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(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)絡系統(tǒng)工作過程 無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡，目的是協(xié)作地采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋地域內(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(wǎng)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(wǎng)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。 5. 為什么無線傳感器網(wǎng)絡需要節(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)絡應用的基礎。許多應用都要求網(wǎng)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(shù)據(jù)幾乎是沒有應用價值的。所以，在無線傳感器網(wǎng)絡的應用中，節(jié)點的定位成為關鍵的問題。 基于距離的定位算法：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； 6. 無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡體系結構包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)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(wǎng)絡中轉發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務和資源共享。 7. 簡述基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡節(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。其結構框圖如圖所示。 ZigBee的邏輯設備按其功能可分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設備。 協(xié)調(diào)器的作用在于啟動網(wǎng)絡初始化、組織網(wǎng)絡節(jié)點和存儲各節(jié)點信息。 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(wǎng)絡中的葉節(jié)點，可以是任意類型的物理設備。 8. 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(jù)軟件工程的思想，結合無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡應用過程中的經(jīng)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(jù)系統(tǒng)需求，設計選用適合目標系統(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(jù)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。 目前無線傳感器網(wǎng)絡使用的仿真工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等等。其中TinyOS是專門針對無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)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(shù),建立仿真的整體結構,OTCL的腳本通過調(diào)用引擎中各類屬性、方法,定義網(wǎng)絡的拓撲,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(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡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(wǎng)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(網(wǎng)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(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果數(shù)據(jù)；(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(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)絡路由協(xié)議設計以節(jié)能、延長網(wǎng)絡生命周期為主要目的。 　　(1)QoS 路由。目前傳感器網(wǎng)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的QoS 問題。 　　(2)支持移動性。目前的WSNs 路由協(xié)議對網(wǎng)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(wǎng)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(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、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,應盡量利用節(jié)點易獲得的網(wǎng)絡信息計算路由, 以確保在路由出現(xiàn)故障時能夠盡快得到恢復,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應用軟件開發(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)；它提供框架的模塊化，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(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。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(wǎng)絡操作系統(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)絡中處理復雜任務（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，使用標準C語言和編譯器 11. WSN和Ad-hoc網(wǎng)絡、傳統(tǒng)無線寬帶網(wǎng)絡相比的差異，以及WSN的特點。 WSN是Ad hoc網(wǎng)絡的一種典型應用，但WSN與傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡存在以下區(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)絡拓撲變化頻繁；3、WSN主要使用廣播通信機制，而Ad hoc網(wǎng)絡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)一標識符；6、WSN以數(shù)據(jù)為中心。 正是由于WSN與Ad hoc網(wǎng)絡存在以上的顯著區(qū)別，導致Ad hoc網(wǎng)絡的許多研究成果不能適用于WSN，也導致兩者的應用存在著顯著差別。 由于Ad hoc網(wǎng)絡具有節(jié)點對等、多跳無中心接入、不依賴網(wǎng)絡基礎設施、抗毀性強等特點，使得它的應用領域與普通的通信網(wǎng)絡有著非常大的區(qū)別。 12. 傳感器節(jié)點的組成和特點。 結構：節(jié)點可以組成三種拓樸結構：星型結構、網(wǎng)狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)。節(jié)點以自組織形式構成網(wǎng)絡、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計網(wǎng)絡通信機制以滿足傳感器網(wǎng)絡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。這種介質訪問控制層的方案簡化了實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡應用的過程。 14. MAC層中共享介質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，只有當客戶端收到網(wǎng)絡上返回的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)絡采用的主要傳輸介質有哪些？各有何特點？ 目前無線傳感器網(wǎng)絡采用的主要傳輸介質包括無線電、紅外線和光波等。 （1）無線通信的介質包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線通信介質，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。 16. 什么是mesh網(wǎng)絡？mesh網(wǎng)絡有何特點？ 無線mesh網(wǎng)絡，由mesh routers和mesh clients組成，其中mesh routers構成骨干網(wǎng)絡，并和有線的internet網(wǎng)相連接，負責為mesh clients提供多跳的無線internet連接。 無線Mesh網(wǎng)絡（也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡完全不同的新型無線網(wǎng)絡技術。 特點：1.快速部署和易于安裝。 2.非視距傳輸(NLOS)。 3.健壯性。 4．結構靈活。 5．高帶寬。 17. 什么是調(diào)制技術？為什么WSN物理層要進行調(diào)制機制設計？ a) 調(diào)制技術是把基帶信號變換成傳輸信號的技術。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，設備也復雜。 b) 調(diào)制技術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。把模擬信號轉換成數(shù)據(jù)值的轉換方式之一。是利用偏離相位的復數(shù)波浪組合來表現(xiàn)信息鍵控移相方式的一種。BPSK使用了基準的正弦波和相位反轉的波浪，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、更迅速的設計技術。用貪婪法設計算法的特點是一步一步地進行，常以當前情況為基礎根據(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準。然后將這多個輸入排成這種量度標準所要求的順序，按這種順序一次輸入一個量。如果這個輸入和當前已構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準。初看起來，這些量度標準似乎都是可取的，但實際上，用其中的大多數(shù)量度標準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)量度標準是使用貪婪算法的核心。 20. GPSR協(xié)議數(shù)據(jù)轉發(fā)模式有哪些？區(qū)別是什么？ 傳送模式：貪婪轉發(fā)模式和周邊轉發(fā)模式。 貪婪轉發(fā)模式：若節(jié)點是距離目的節(jié)點最近的一個中轉節(jié)點，則源節(jié)點將分組轉發(fā)至節(jié)點"，如果某個鄰節(jié)點與網(wǎng)關接點的距離小于自身到網(wǎng)關的距離，則保持當前模式，同時轉發(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志位設置為就改變數(shù)據(jù)模式為周邊轉發(fā)模式 周邊轉發(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，當一個數(shù)據(jù)分組在節(jié)點(處進入周邊轉發(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)分組轉發(fā)到該面的第一條邊上，節(jié)點(同時也確定了用于轉發(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!當一個數(shù)據(jù)分組進入到周邊轉發(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發(fā)過程中判斷數(shù)據(jù)分組是否可恢復為貪婪轉發(fā)模式!一旦某一節(jié)點收到了周邊轉發(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"#$%$&標志該數(shù)據(jù)分組為貪婪轉發(fā)模式，重新進入模式-的轉發(fā)執(zhí)行過程)在周邊轉發(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，可以使用周邊轉發(fā)機制。 22. 說明MECN、TBF、邊界定位三種路由協(xié)議的設計思想，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)點設置了轉發(fā)區(qū)域。轉發(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，并構建包含所有發(fā)送節(jié)點外圍的外圍圖。外圍圖的構建由節(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)的適應節(jié)點的失效和網(wǎng)絡的分布。但該協(xié)議是在假定網(wǎng)絡內(nèi)每2個節(jié)點都可以直接通信，即網(wǎng)絡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 （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)絡拓撲變化,可避免傳統(tǒng)源站路由協(xié)議的缺點。現(xiàn)代網(wǎng)絡發(fā)展中的不利因素主要是：隨著網(wǎng)絡規(guī)模變大,路徑加長,沿途節(jié)點進行計算的開銷也相應增加；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)絡的傳感器節(jié)點。興趣請求消息用來表示查詢內(nèi)容，反應終端用戶希望獲得全網(wǎng)不同類型的數(shù)據(jù)服務，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)議為了能夠適應網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化，采用周期性地對網(wǎng)絡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)絡中轉發(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發(fā),當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.