无线传感器网络试题库.docx
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1、无线传感器网络试题库(无线传感器网络)一、填空题每题4分,共计60分1.传感器网络的三个基本要素:传感器、感悟对象、用户(观察者)2.传感器网络的基本功能:协作式的感悟、数据收集、数据处理、发布感悟信息3、3.无线传感器节点的基本功能:收集数据、数据处理、控制、通信4.无线通信物理层的主要技术包括:介质选择、频段选取、调制技术、扩频技术5.扩频技术根据工作方式的不同,能够分为下面四种:直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频6.定向扩散路由机制能够分为三个阶段:兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、途径加强阶段7.无线传感器网络特点:大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网
2、络8.无线传感器网络的关键技术主要包括:网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术9.IEEE标准主要包括:物理层。介质访问控制层10.简述无线传感器网络后台管理软件构造与组成:后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。11.数据融合的内容主要包括:多传感器的目的探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测12.无线传感器网络能够选择的频段有:_800MHz_915M_、_5GHz13.传感器网络的电源节能方法:_休眠技术机制、_数据融合14.传感器网络的安全问题:(1)机密性问题。(2)点到点的消息认证问题。(3)完好性鉴
3、别问题。15.规定三种帧间间隔:短帧间间隔SIFS,长度为28sa)、点协调功能帧间间隔PIFS长度是SIFS加一个时隙(slot)长度,即78sb)分布协调功能帧间间隔DIFS,DIFS长度=PIFS+1个时隙长度,DIFS的长度为128s16.任意相邻区域使用无频率穿插的频道是,如:1、6、11频道。17.网络的基本元素SSID标示了一个无线服务,这个服务的内容包括了:接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权限等18.传感器是将外界信号转换为电信号的装置,传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成19.传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供给模块四部分组成20
4、.物联网是在计算机互联网的基础上,利用RFID、无线数据通信等技术,构造一个覆盖万物的网络。RIFD无线识别、嵌入式系统技术、能量供应模块和纳米技术列为物联网关键技术。二、基本概念解释每题5分,共40分1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理CSMA/CA机制:当某个站点源站点有数据帧要发送时,检测信道。若信道空闲,且在DIFS时间内一直空闲,则发送这个数据帧。发送结束后,源站点等待接收ACK确认帧。假如目的站点接收到正确的数据帧,还需要等待SIFS时间,然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧,则讲明没有发生冲突,这一帧发送成功。否则执行退避算法
5、。2.无线LAN提供的服务有哪些?规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务,这些服务分为两类,5种分布式服务和4种站服务。分布式服务涉及到对单元cell的成员关系的管理,并且会与其它单元中的站点进行交互。由AP提供的5种服务将移动节点与AP关联起来,或者将它们与AP解除关联。?建立关联:当移动站点进入一个新的单元后,立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。AP能够接受或拒绝移动站点的参加。假如移动站点被接受,它必须证实它本人的身份。?解除关联。无论是AP还是站点都能够主动解除关联,进而中止它们之间的关系?重建关联。站点能够使用该服务来改变它的首选A
6、P。?分发。该服务决定怎样将发送到AP的帧发送出去。假如目的站在同一个AP下,帧能够被直接发送出去,否则必须通过有线网络转发。?集成。假如一个帧需要通过一个非网络具有不同的编址方案或帧格式传输,该服务可将格式转换成目的网络要求的格式站服务4种站服务用于管理单元内的活动。?身份认证。当移动站点与AP建立了关联后,AP会向移动站点发送一个质询帧,看它能否知道以前分配给它的密钥;移动站点用本人所知道的密钥加密质询帧,然后发回给AP,就能够证实它是知道密钥的;假如AP检验正确,则该移动站点就会被正式参加到单元中。?解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时,需要解除认证。?保密。处理加密和解密,加密
7、算法为RC4。数据传递。提供了一种数据传送和接收方法3.简述无线传感器网络系统工作经过无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,目的是协作地收集、处理和传输网络覆盖地域内感悟对象的监测信息,并报告给用户4.为什么无线传感器网络需要时间同步,简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理在分布式的无线传感器网络应用中,每个传感器节点都有本人的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差,以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差,RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号,然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步
8、信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大TPSN协议采用层次型网络构造,首先将所有节点根据层次构造进行分级,然后每个节点与上一级的一个节点进行时间同步,最终所有节点都与根节点时间同步。5.为什么无线传感器网络需要节点定位,简述基于距离的定位算法三边测量算法、三角测量算法的工作原理传感器节点的本身定位是传感器网络应用的基础。很多应用都要求网络节点预先知道本身的位置,并在通信和协作经过中利用位置信息完成应用要求。若没有位置信息,传感器节点所收集的数据几乎是没有应用价值的。所以,在无线传感器网络的应用中,节点的定位成为关键的问题。基于距离的定位算法:通过测量节点与信标节点间的实际距
9、离或方位进行定位三边测量算法:已知A、B、C三个节点的坐标,以及它们到节点D的距离,确定节点D的坐标三角测量算法:已知A、B、C三个节点的坐标,节点D相对于节点A、B、C的角度,确定节点D的坐标;6.无线传感器网络体系构造包括哪些部分,各部分的功能分别是什么无线传感器网络体系构造包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层和能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够根据能源高效的方式协同工作,在节点移动的传感器网络中转发数据,并支持多任务和资源分享。7.简述基于ZigBee无线传感器网络架构讲明节点设备类型的不同与功能基于ZigBee无线传感器网络节点的核心部件
10、采用Chipcon公司生产的射频系统单芯片CC2430。该单芯片上整合了ZigBeeRF前端、内存和微控制器等。其构造框图如下图。ZigBee的逻辑设备按其功能可分为协调器、路由器和终端设备。协调器的作用在于启动网络初始化、组织网络节点和存储各节点信息。路由器设备的作用是管理每对节点的路由信息。终端设备相当于网络中的叶节点,能够是任意类型的物理设备。8.简述无线传感器应用的开发经过,系统仿真常用哪些软件平台开发经过根据软件工程的思想,结合无线传感器网络及嵌入式系统开发的特征,总结在开发无线传感器网络应用经过中的经历,整个开发经过分为分析、设计、实现和测试四个阶段分析阶段:整个开发经过始于分析阶
11、段,这个阶段显示系统应该做什么。指出系统要实现的目的,在分析阶段,要分析详细的应用背景及用户或用户代表对系统的期望,并给出明确的定义,在此基础上分析员要能够准确地定义系统的需求。设计阶段:根据系统需求,设计选用合适目的系统的硬件平台、软件系统等。使用模块化原则,使用构造图将系统应用程序先划分为较小的部分,以便能够容易理解和处理。在模块划分的经过中,要尽量到达模块间的松懈藕合,以提高可重用性,使维护修改更容易,实现新的用户需求。实现阶段:完成系统软硬件平台的定制和创立实际的程序。根据目的系统的设计和需求,定制传感器节点的功能,并对WSN操作系统(软件平台)进行裁减,剔除开发目的系统所不需要的部分
12、,以节省有限的空间,提高系统运行效率。测试阶段:将编译成功的应用程序导人节点进行测试。目前无线传感器网络使用的仿真工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET+等等。其中TinyOS是专门针对无线传感器网络的特点而研究开发的。NS2:NS是一种可扩展、以配置和可编程的时间驱动的仿真工具,它是由REAL仿真器发展而来.在NS的设计中,使用C+和OTCL两种程序设计语言,C+是一种相对运行速度较快但是转换比拟慢的语言,所以C+语言被用来实现网络协议,编写NS底层的仿真引擎;OTCL是运行速度较慢,但能够快速转换的脚本语言,正好和C+互补,所以OTCL语言被用来配置仿真中各种参数,建立仿真
13、的整体构造,OTCL的脚本通过调用引擎中各类属性、方法,定义网络的拓扑,配置源节点、目的节点建立链接,产生所有事件的时间表,运行并跟踪仿真结果,还能够对结果进行相应的统计处理或制图.NS能够提供有线网络、无线网络中链路层及其上层准确到数据包的一系列行为仿真。NS中的很多协议都和真实代码特别接近,其真实性和可靠性是非常高的OPNET主要特点包括下面几个方面:(1)采用面向对象的技术,对象的属性能够任意配置,每一对象属于相应行为和功能的类,能够通过定义新的类来知足不同的系统要求;(2)OPNET提供了各种通信网络和信息系统的处理构件和模块;(3)OPNET采用图形化界面建模,为使用者提供三层(网络
14、层、节点层、进程层)建模机制来描绘现实的系统;(4)OPNET在经过层次中使用有限状态机来对其它协议和经过进行建模,用户模型及OPNET内置模型将会自动生成C语言实现可执行的高效、高离散事件的模拟流程;(5)OPNET内建了很多性能分析器,它会自动收集模拟经过的结果数据;(6)OPNET几乎预定义了所有常用的业务模型,如均匀分布、泊松分布等TinyOS是专门针对传感器研发出的操作系统。使用的语言为nesC语言。TinyOS操作系统中常用的仿真平台主要是TOSSIM和Avrora1TOSSIM(TinyOSsimulation)是一个支持基于TinyOS的应用在PC机上运行的模拟器.TOSSIM
15、运行和传感器硬件一样的代码,仿真编译器能直接从TinyOS应用的组件表中编译生成仿真程序。2Avrora是一种专门为Atmel和Mica2节点上以AVR单片机语言编写的程序提供仿真分析的工具。9.无线传感器网络的路由协议有哪些类型路由协议的设计要求由协议主要分为四类:基于聚簇的路由协议、以数据为中心路由协议、基于地理位置路由协议和能量感悟路由协议现有的无线传感器网络路由协议设计以节能、延长网络生命周期为主要目的。(1)QoS路由。目前传感器网络路由协议的研究重点主要集中在能量效率上,而在将来的研究中可能还需要解决由视频和成像传感器以及实时应用引起的QoS问题。(2)支持移动性。目前的WSNs路
16、由协议对网络的拓扑感悟能力和移动性的支持比拟差,怎样在控制协议开销的前提下,支持快速拓扑感悟是一个重要挑战。(3)安全路由。由于WSNs的固有特性,其路由协议极易遭到安全威胁,是网络攻击的主要目的,设计简单、有效、适用于WSNs的安全机制是今后努力的方向。(4)有效功耗。WSNs中数据通信最为耗能,今后尽量通过使用数据融合技术、数据传输中采用过滤机制来减少通信量,并通过让各节点平均消耗能量来保持通信量的负载平衡。(5)容错性。由于WSNs节点容易发生故障,应尽量利用节点易获得的网络信息计算路由,以确保在路由出现故障时能够尽快得到恢复,可采用多途径传输来提高数据传输的可靠性10.无线传感器网络常
17、用操作系统有哪些各有哪些特点WSN的操作系统(WSNOS)是WSN系统的基本软件环境,是许很多多的WSN应用软件开发的基础。WSNOS不是特定的系统/用户界面,也不是特定的一系列系统服务,而是定义了一套通用的界面框架,允许应用程序选择服务和实现;它提供框架的模块化,以便适应硬件的多样性,同时允许应用程序重用通用的软件服务和抽象。同其他操作系统一样,WSNOS是为了方便开发应用,提供物理设备的抽象和高协调性的通用函数实现。它的独特性在于,资源极端受限处理器速度、存储器大小、内存大小、通讯带宽、资源数量以及电源受限,设备特殊性和缺乏一致的抽象层次。因而,WSNOS的设计谋略必须是一个资源库,从中抽
18、取一部分组成应用。它致力于提供有限资源的并发,而不是提供接口或形式。伯克利开发的TinyOS正是这样一套WSNOS系统TinyOS:美国加州大学伯克利分校开发,事件驱动,基于组件,使用nesC编写,nesC:使用C作为其基础语言,支持所有的C语言词法和语法,增加了组件component和接口interface的关键字定义,定义了接口及怎样使用接口表达组件之间关系的方法,目前只支持组件的静态连接,不能实现动态连接和配置MantisOS0.9.5(MultimodalNetworksofIn-situSensors):美国克罗拉多大学开发,轻量级的基于抢占的多线程无线传感器网络操作系统,编程语言为
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