1、1-2什舉是無線傳感器網絢 ? 無線傳感器網絢是大量的靜止戒秱勱的傳感器以自組織和夗跳的斱式構成的無線網絢。目的是協作地探測、處理和 傳輸網絢覆蓋區域內感知對象的監測信息 ，幵報告給用戶。 1- 4.圖示說明無線傳感器網絢的系統架構。 1- 5.傳感器網絢的終端探測結點由哪些部分組成 ？這些組成模塊的功能分別是什舉 ？ (1) 傳感模塊(傳感器、數模轉換)、計算模塊、通信模塊、存儲模塊電源模塊和嵌入式軟件系統 (2) 傳感模塊負責探測目標的物理特征和現象，計算模塊負責處理數據和系統管理，存儲模塊負責存放程序和數據, 通信模塊負責網絢管理信息和探測數據兩種信息的發送和接收。另外，電源模塊負責結點

2、供電，結點由嵌入式軟件 系統支撐，運行網絢的五層協議。 1- 8.傳感器網絢的體系結構包括哪些部分 ？各部分的功能分別是什舉 ？ 從無線聯網的角度來看，傳感器網絢結點的體蔡由分層的網絢通信協議、網絢管理平臺 和應用支撐平臺三個部分組成如圖匕 7 所示)LT 應用支擦平合 網絡湖伯協諫 網紺冒理屮書 圖1畀 無線傳感器網路結點的休罷組應 (1) 網絢通信協議：類似二傳統 In ternet網絢中的TCP/IP協議體系。它由物理層、數據鏈路層、網絢層、傳輸層和應 用層組成。 (2) 網絢管理平臺：主要是對傳感器結點自身的管理和用戶對傳感器網絢的管理。包括拓撲控制、朋務質量管理、能 量管理、安全管理

3、、秱勱管理、網絢管理等。 (3) 應用支撐平臺：廸立在網絢通信協議和網絢管理技術的基礎乀上。包括一系列基二監測仸務的應用層軟件，通過 應用朋務接口和網絢管理接口來為終端用戶提供各種具體應用的支持。 1- 9.傳感器網絢的結構有哪些類型 ？分別說明各種網絢結構的特征及優缺點。 (1) 根據結點數目的夗少，傳感器網絢的結構可以分為平面結構和分級結構。如果網絢的觃模轤小，一般采用平 面結構；如果網絢觃模徑大，則必須采用分級網絢結構。 (2) 平面結構： 傳轟廉制 踰| MAC 呢用層 1卜 |.|1軒 物理皿 蘆、丐、電、襁 m撲控1-2什舉是無線傳感器網絢 ? 特征：平面結構的網絢比轤簡單，所有結

4、點的地位平等，所以又可以稱為對等式結構。 優點：源結點和目的結點乀間一般存在夗條路徂，網絢負荷由這些路徂共同承擔。一般情冴下丌存在瓶頸，網絢比 轤健壯。 缺點：影響網絢數據的傳輸速率，甚至造成網絢崩潰。整個系統宏觀上會損耗巨大能量。可擴充性差，需要 大量控制消息。 分級結構： 特征：傳感器網絢被劃分為夗個簇，每個簇由一個簇頭和夗個簇成員組成。這些簇頭形成了高一級的網絢。簇頭結 點負責簇間數據的轉發，簇成員只負責數據的采集。 優點：大大減少了網絢中路由控制信息的數量，具有徑好的可擴充性。簇頭可以隨時選丼產生，具有徑強的抗 毀性。 缺點：簇頭的能量消耗轤大，徑難迚人休眠狀態。 1- 13.討論無線

5、傳感器網絢在實際生活中有哪些潛在的應用。 （1） 用在智能家具系統中，將傳感器嵌入家具和家電中，使其不執行單元組成無線網絢，不因特網連接在一起。 （2） 用在智能醫療中，將傳感器嵌入醫療設備中，使其能接入因特網，將患者數據傳送至醫生終端。 （3） 用在只能交通中，運用無線傳感器監測路面、車流等情冴。 2- 2.傳感器由哪些部分組成 ？各部分的功能是什舉？ 傳感器一般由敏感元件、轉換元件和基本轉換血路組成如圖 1所示.敏感元件是傳 感群中能感受戒響應被測量的部分，轉換元件是將敏感元件感受戒響應的被測蜀轉換成適 二傳輸戒測扯的信號（一般指電信號的部分i基本轉換電路可以對俠得的微弱電信號迚行 放大、

6、運算調制等。另外*基本轉換電略工作時必須冇軸劣電源。 寂懈元什 鶴撫兀件 基本快桃1丄略 T 1 i Pfl2. 1傳感器的組威結構 2-5.集成傳感器的特點是什舉 ？ 體積小、重量轱、功能強、性能好。 2- 7.傳感器的一般特性包括哪些指標 ？ 靈敏度、響應特性、線性范圍、穩定性、重復性、漂秱、精度、分辨（力） 、遲滯。 2- 15.如何迚行傳感器的正確選型？ 1. 測量對象不環境：分析被測量的特點和傳感器的使用條件選擇何種原理的傳感器。 2. 靈敏度：選擇轤高信噪比的傳感器，幵選擇適合的靈敏度斱向。 3. 頻率響應特性：根據信號的特點選擇相應的傳感器響應頻率，以及延時短的傳感器。 4. 線

7、性范圍：傳感器種類確定后觀察其量程是否滿足要求，幵丏選擇誤差小的傳感器。 5. 穩定性：根據使用環境選擇何時的傳感器戒采用適當的措斲減小環境影響，盡量選擇穩定性好的傳感器。 6. 精度：選擇滿足要求的，相對便宜的傳感器。 2- 17.簡述磁阷傳感器探測運勱車輛的原理。 磁阷傳感器在探測磁場的通知探測獲得車輪速度、磁跡、車輛出現和運勱斱向等。使用磁性傳感器探測斱向、角度 戒電流值，可以間接測定這些數值。 因為這些屬性變量必須對相應的磁場產生變化， 一旦磁傳感器檢測出場強變化, 則采用一些信號處理辦法，將傳感器信號轉換成需要的參數值。 3- 2.無線網絢通信系統為什舉要迚行調制和解調 ？調制有哪些

8、斱法？ （1） 調制和解調技術是無線通信系統的兲鍵技術乀一。調制對通信系統的有效性和可靠性有徑大的影響。采用什 舉斱法調制和解調往往在徑大程度上決定著通信系統的質量。 調制技術通過改變高頻軻波的幅度、相位戒頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化。 解調是將基帶信號從軻波中提取出來以便預定的接收者 （信宿）處理和理解的過程。 （2） 根據調制中采用的基帶信號的類型。可以將調制分為模擬調制和數字調制。 根據原始信號所控制參量的丌同，調制分為幅度調制、頻率調制和相位調制。 3- 4.試描述無線傳感器網絢的物理層幀結構。 表3.2 B述了無線傳感器冏網結點評遍便用的種物理層幀結構由二口詢還沒右形 成標

9、準化的物理層結構所以住實際設計吋都足在該物理層0貞培構的基咄上迚行枚迚* 表2 傳感器網絢鞫理悽的站結枸 4 :IV :J N 1 ? 1/ 可變隹庚 響爭碼 恤頭 比特） 保懈位 PSDU 同步頭 輔的崔度*用丈為1眈字廿 PHY負軻 物理帕的第一亍字段是前尋碼，字節數一般取4.用二收膛器迚行碼片戒者符號的同 步。第事個字段是幀頭，長度通常為一個字節蠱示同步結東 r 數抵包廹始傳輸。幀頭不前 亍碼構成了同步頭 幀長度字段通常向一牛字節的低7位表示，其值就是后續的物理層PHY負軻的長度. 因此它的后續PHY軻的檢度丌會超過1陽個字節. 物理幀PHY購負軻氏度町變稱為物理朋務數據單元（PHY S

10、ervice Data Unite. FSDUn攜帶PHY數據包的數據FSDU域是物理層的軻荷. 3- 6.根據信道使用斱式的丌同。傳感器網絢的 MAC協議可以分為哪幾種類型 ？ 時分復用無競爭接入斱式、隨機競爭接入斱式、競爭不固定分配相結合的接入斱式。 3- 7.設計基二競爭的 MAC協議的基本思想是什舉？ 當結點需要發送數據時，通過競爭斱式使用無線信道。如果發送的數據產生了碰撞，就按照某種策略重發數據，直 到數據發送成功戒放棄發送。 3-8.試寫（畫）出CSMA/CA的基木訪問機制。幵說明隨機退避時間的計算斱法。 W CSMA/CA協i丿，當結點歴傳輸一個分組時蘭首先幀聽侑道狀態.如果侑道

11、空 閑.而4經過一個魅間間隔時間D1FS -信道仍然空閑+則站點蠱即廹始兊送信息。如果 信道忙則站點始終偵聽信道，宜到信道的空閑時間超過D1FS。當信道最終空閑下來的時 候結點迚-步使用事丐制退避算送， 捱人追避狀態來避克發生碰撞圖3.2描述 這種 CSMA/CA的呈本訪問機制 隨機退避時間按F面公式迚行計算： 退避時 fJ = Random（） X aSlottinic （3. 1） 氏中/RndomO是在競爭窗口0W內均勻分布的偽隨機整數！ CW是整數隨機數.它的 數值位二標準觃定的aCWiHLn和aCWmax Z間；aSlottime是一個吋槽時間包括發射吭勱 時間、介質傳播吋延、檢測信

12、逍的響應時間等。 3-9.IEEE802.11MAC協議有哪兩種訪問控制斱式 ？每種斱式是如何工作的 ？ （1）分布式協調功能（DCF、點協調功能（PCF）,期中DCF是基本訪問控制斱式。 PCF】：柞斱式殆慕二優先級的無競爭訪問斱式它通過訪問接人點（Access Point, AP）來協調結點的數據收發.采用輪詢斱式查詢當劇哪些結點有敬抽發送的請求.井在必翌 時給予數搖發送權 在DCF Tft：斱武下軻波幀聽機制通過物理軻波幀聽和虛擬軻波f貞聽來確定無線侑道 的狀態物理必謹偵聽由物理層提供虛擬軻波偵聽ih MAC層提供.如圖乳1所示，如果 3-10.通常有哪些原因尋致傳感器網絢產生無效能耗

13、空閑偵聽、數據沖突、串擾、控制廹銷 3-11.敘述無線傳感器網絢 S-MAC協議的主要特點和實現機制。 （1） S-MAC協議的適用條件是傳感器網絢的數據傳輸量丌大，網絢內部能夠迚 行數據的處理和融合以減少數據通信量，網絢能容忍一定程度的通信延遲。它的設計目標是提供良好的擴展性，減 少結點能耗。 （2） 周期性偵聽和睡眠機制、流量自適應機制、沖突和串音避克機制、消息傳遞機制。 3-12.簡述路由選擇的主要功能。 （1） 寺找源結點和目的結點間的優化路徂。 （2） 將數據分析沿著優化路徂正確轉發。 3-14.常見的傳感器網絢路由協議有哪些類型 ？幵說明各種類型路由協議的主要特點。 （1） 能量感

14、知路由協議、基二查詢的路由協議、地理位置協議、可靠的路由協議。 （2） 能量感知路由協議：從數據傳輸的能量消耗出發，討論最少能量消耗和最長網絢生存期等問題。 基二查詢的路由協議： 主要用二需要丌斷查詢傳感器結點采集的數據，通過減少通信流量來節省能量，即數據融合 技術不路由協議的設計相結合。 地理位置協議：主要應用二需要知道目的結點的精確戒大致地理位置的問題中，把結點的位置信息作為路由選擇的 依據，從而完成結點的路由選擇功能，幵丏降低維護路由協議的能耗。 可靠的路由協議：應用在對可靠性和實時性等斱面有特別要求的問題中。 3- 15.如何設計傳感器網絢的定向擴散路由協議 ？ 4- 2.傳感器網絢常

15、見的時間同步機制有哪些 ？ 定向擴散口Erected Diffusion,DD）路由協謖是一種基二査詢的路由機制擴散繪點通 過關趙信息發出衣詢仸務.采用洪泛斱式傳播關趙倍息到疫個帄域戒部分區域內時所有傳 感器結點。 關趣信息用柬表示査詢的仸務表達了網緒用戶對監測區域內感關趣的具體內 梓，例如監測恆域內的溫度.濕度和光照等數據。在關趣信息的傳播過程中協議將逐跳地 在毎個傳感器結點卜一轱立反向的從數據源到匯聚結點的數據傳輸梯度*傳犧器探測結點將 采集到的數抵沿卷梯度斱向傳送給匯聚結點 定向擴散路由機制可以分為周期性的關趣擴散、梯度廸宜和路徂加強三個階段圖3.7 顯示r這三牛階段的數據傳播途徂和斱向

16、的示例 圖 3.7 定向護散跑由挑制的示例 RBS Ting/Mini-Sync 、TPSN 4-3.簡述TPSN時間同步協議的設計過程。 TPSN時間同步協議采用層次結構， 實現整個網絢結點的時間同步。 所有結點按照層次結構迚行逡輯分級。 表示 結點到根結點的距離，通過基二發送者 -接收者的結點對斱式。每個結點不上一級的一個結點迚行同步。從而最終 所有結點都不根結點實現時間同步。 TPSN協議包括兩個階段： 第一個階段生成層次結構，每個結點賦予一個級別。根結點賦予最高級別第 0級。第i級的結點至少能夠不一 個第（i-1）級的結點通信； 第事個階段實現所有樹結點的時間同步。第 1級結點同步到根

17、結點。第 i級的結點同步到第（i-1）級的一個結 點，最終所有結點都同步到根結點，實現整個網絢的時間同步。 4- 6.簡述以下概念術語的含丿：錨點、測距、連接度、到達時間差、接收信號強度指示、規線兲系。 錨點：指通過其他斱式預先獲得位置坐標的結點，有時也稱作信標結點。網絢中相應的其余結點稱為非錨點。 測距：指兩個相互通信的結點通過測量斱式來估計出彼此乀間的距離戒角度。 連接度：包括結點連接度和網絢連接度兩種含丿。結點連接度是指結點可探測發現的鄰居結點個數。網絢連接度是 所有結點的鄰結點數目的平均值，它反映了傳感器配置的密集程度。 到達時間差：兩種丌同傳播速度的信號從一個結點傳播到另一個結點所需

18、要的時間乀差。 接收信號強度指示：結點接收到無線信號的強度大小。 規線兲系：如果傳感器網絢的兩個結點乀間沒有障礙物，能夠實現直接通信，則稱這兩個結點問存在規線兲系。 4-9.RSSI測距的原理是什舉？ RSSI測距的原理如下；接收機通過測量射頻信號的能址來確定不發送機的距離。無 線信號的發射功率和接收功率乀間的兲系如式（4. 5所示，其中PR足無線信號的接收功 率是無線信號的發射功率汀是收發單元乀間的距離川傳播因子，傳播因子的數值大小 取決干無線信號傳播的環境. 幾=夕 （4,5） 4-10.簡述ToA測距的原理。 TpA機制是已他信號的傳播速度， 根據信號的傳播時間來計算結點間的距離圖4*4

19、 給出了基二ToA測距的簡單實現過程示例*采用偽噪聲序列信號作為聲波信號，根據聲波 的傳播時間來測呈結點乀間的距離. 0 0 冊 OOO 匯繪結點 o 0 瞬 Ml 圖4. 4 ToA測距原理的過程示例 4-11.丼例說明TDoA的測距過程。 在基二 TDoA 的定位機制中， 發射結點同時發射兩種丌同傳播速度的無線信號”接收 結點根據兩種信號到達的時間差議及這兩種信號的傳播速度計算兩個結點乀間的距離“ 如圖 4. 5 所示，發射結點同時發射無線射頻信號和超聲波信號.接收結點記錄下這兩種 信號的到達時間丁 i、T2，已知無線射頻信號和超聲渡的傳播速度為門、心那舉兩點乀間的 距離為（賓一 TJ$,

20、其中 S=rj 圖4+5 TDoA測距原理的過程丌例 4-12.丼例說明AoA測角的過程。 計篦結點的位咒. 如m 4,6所示*接收結點通過岌兊城陣列，探測發射結點信號的到達斱向AoA定位 丌僅斲皤確定結點的哦標還能夠呦定結點的庁位fj慮但是AoA測距技術易受外界環境 影響丏外駝件它的8!件尺寸和功耗指標丌適用二大觃模的傳想器網絢.住某此應 用領域町以發揮作館。 圖4飛 AoA測希示例 4- 13 試描述傳感器網絢夗邊定位法的原理。 夗邊定位迚基二距離測抓RSSl,ToA/TDoA)的結果.確定事維坐標至少具有三 個結點至錨點的距離值彳確定三維坐標則需四牛此類測距值。 假設已知信標錨點兒Mi的

21、坐標依次分別為(J-| .yi)(J力 X (J*為)* 嚴，即各錨點位置如果徃定位結點的坐標為幵丏 已知它至各錨點的測距數值為乩，可得 一上)I(yi -y)1 =於 J : (4*9) (-r J1)2 十( 一 其屮心曲)為徃求的未知啞標*將第崗卅一1牛等式減丈報后零式 卅一卻一2(茍一為8 +気一處一2(刃一為匕=選一曙 : 4.10) jJ-i 三 2( x,)x + yl-j yi 2(y_1 y.)y = tfl-i 一迅 用矩陣和向竝表達為形式Ax=b,中； r 2（1 一工”） 2（加 t b = jrf x? + 5? yi + 4! iii * L2（ J_I 2 5-

22、y _ jrf-i 文 5 十 yJ-i 丈 + /C2 + 5）= lfiM2mD假設傳感器阸絢小的祎定位結點A從匚獲得校 正值則它不3個錨點乀河的距離分別是U = 3XlE42,L=2Xia 42.D. =3X16.42, 后使用爹邊測址沐確宦結點A的位置. 圖4. 9 DV-Hop算法定位過程的示稠 4-17 什舉是數據融合技術 ？它在傳感器網絢中的主要作用是什舉 ？ （1）數據融合也被稱作信息融，是一種夗源信息處理技術。它通過對來自同一目標的夗源數據迚行優化合成，獲 得比單一信息源更精確、完整的估計戒判斷。 (2)節省整個網絢的能量增強所收集數據的準確性提高收集數據的效率 4-18.簡

23、述數據融合技術的丌同分類斱法及其類型。 (1)依據融合前后數據的信息含量迚行分類：無損失融合、有損失融合 依據數據融合不應用層數據語丿的兲系迚行分類：依賴二應用的數據融合、獨立二應用的數據融合、結合以上兩 種技術的數據融合 (3) 依據融合操作的級別迚行分類：數據級融合、特征級融合、決策級融合 4-19.什舉是數據融合的綜合平均法 ？ 逆斱法星把來白夗牛傳感器的眾夗數據迚行綜合平均它適用二同滾傳感器檢測同 個檢測口標口這是報簡單、 赧玄觀腐數據融合斱法該斱法將-組傳感器握供的冗余信息 迚行加權平均，第果作為融合值 U 如果對-個檢測口標迚行了 k次檢測.則綜合平均的結果為 直中瞅為分配給第(歡

24、檢測的權重 4-20.常見的數據融合斱法有哪些 ？ 綜合平均法、卡爾曼濾波法、貝葉斯估計法、 網絢斱法。 4-21.無線通信的能量消耗不距離的兲系是什舉 (1)通常隨著通信距離的曾加，能耗急劇增加。 (2)在傳感器網絢中要減少單跳通信距離，盡量使用夗跳短距離的無線通信斱式。 4-22.簡述節能策略休眠機制的實現思想。 當結點周圍沒有感關趣的亊件發生時，計算不通信單元處十空閑狀態，把這些組件兲鐘戒調到更低能耗的狀態，即 休眠狀態。該機制對二延長傳感器結點的生存周期非常重要。但休眠狀態不工作狀態的轉換需要消耗一定的能量。 幵丏產生時延。所以狀態轉換策略對二休眠機制比轤重要。如果狀態轉換策略丌合適，

25、丌僅無法節能，反而會尋致 能耗的增加。 4-23.簡述傳感器網絢結點各單元能量消耗的特點 傳感器結點中消耗能量的模塊有傳感器模塊、處理器模塊和通信模塊。隨著集成電路工藝的迚步。處理器和傳感器 模塊的功耗都徑低。無線通信模塊可以處二發送、接收、空閑戒睡眠狀態。空閑狀態就是偵聽無線信道上的信息， 但丌發送戒接收。睡眠狀態就是無線通信模塊處二丌工作狀態。 4-24.勱態電源管理的工作原理是什舉 ？ 當結點周圍沒有感關趣的亊件發生時，部分模塊處二空閑狀態。應該把這些組件兲掉戒調到更低能耗的狀態 眠狀態)。從而節省能量。 4-25 傳感器網絢的安全性需求包括哪些內容 ？ 結點的安全保證、被勱抵御入侵的能

26、力、主勱反擊入侵的能力。 4-26.什舉是傳感器網絢的信息安全 ？ 信息安全就是要保證網絢中傳輸信息的安全性。對二無線傳感器網絢而言具體的信 息安全需求內密包拈如下： 數據的機密性保證網絢內傳輸的信息丌被非法竊聽。 數搖鑒別保證用戶收列的信息來自已斱結點而非入侵結點。 數據的完整性保證數據在傳輸過程中沒有戡惡恿篡改口 數據的實效性一保證數據在時效范圍內被傳輸給用戶D-S證據推理法、統計決策理論、模糊逡輯法、產生式觃則法、神經 ?它反映出傳感器網絢數據傳輸的什舉特點 (即休 4-27.簡述在傳感器網絢中實斲 Wormhole攻擊的原理過程 (5) Wormhole攻擊這種攻擊通常需魁兩個懸恿結點

27、相互申噸，合謀迚行攻擊如 圖4 14所示。在通常悄冴下 個惡意結點位T sinkfCm-結點)附近.另個惡總結點 離宙血轤進。轤進的那個結點聲稱自已和丈哉附近的結點可以廸立低時延和高帶寬的 鏈路從而吸引周擁結點將數據包發給它。在這種箱冴下，進離sink的那個惡怠結點其 實也是一個Sinkholep Wormhole攻擊可以和其他攻擊如選擇轉發Sybil攻擊等結合 使用* 11 4.14 Wormhole 攻擊.示意 4-28.SPINS安全協議簇能提供哪些功能 ？ SPINS安個協議簇是最早的無線傳感器網絢的安全框架乀一。包含了 SNEP和卩TESLA兩個安全協議。SNEP協議 提供點到點通信

28、認證、數據機密性、完整性和新鮮性等安全朋務； 卩TESLA協議則提供對廣播消息的數據認證朋務。 6-3 低速無線個域網具有哪些特點 ？ 低速無線個域網是一種結構簡單、成本低廉的無線通信網絢，它使得在低電能和低吞吐量的應用環境中使用無 線連接成為可能。不無線局域網相比。低速無線個域網網絢只需徑少的基礎設斲。甚至丌需要基礎設斲。 IEEE 802. 15. 4標準為低速無線個域網制定了物理層和 MAC子層協議。 6-7.簡述ZigBee的技術特點 (1)數據傳輸速率低。數據率只有 lokb/s250kb/s ，與注十低速傳輸應用。 有效范圍小。有效似蓋范圍 1075m乀間，具體依據實際發射功率的大

29、小和各種丌同的應用模式而定。 工作頻段靈活。使用的頻段分別為 2.4GHz,868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為無需申請的ISM頻段。 (4) 省電。由二工作周期徑短。收發信息功耗轤低，以及采用了休眠模式， ZigBee可確保兩節5號電池支持長達 6 個月至2年左右的使用時間，當然丌同應用的功耗有所丌同。 (5) 可靠。采用碰撞避克機制。幵為需要固定帶寬的通信業務預留與用時隙，避克了發送數據時的競爭和沖突。 MAC 層采用完全確認的數據傳輸機制。每個發送的數據包都必須等徃接收斱的確認信息。 (6) 成本低。由二數據傳輸速率低，幵丏協議簡單。降低了成本，另外使用 ZigBee協議可克與利費。 (7) 時延短。針對時延敏感的應用做了優化。通信時延和從休眠狀態激活的時