自考无线传感网络简明教程模拟试题.docx
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1、 无线传感器网络一、 填空题每题4分,共计60分1. 传感器网络的三个根本要素:传感器, 感知对象, 用户(视察者) 2. 传感器网络的根本功能:协作式的感知, 数据采集, 数据处理, 发布感知信息 3, 3. 无线传感器节点的根本功能:采集数据, 数据处理, 限制, 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. 扩频技术依据工作方式的不同,可以分为以下四种:干脆序列扩频, 跳频, 跳时, 宽带线性调频扩频6. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段:爱好扩展阶段, 梯度建立阶段, 路径加强阶段7. 无线传感器网络特点:大规模网络, 自组织网络, 牢靠的网
2、络, 以数据为中心的网络, 应用相关的网络8. 无线传感器网络的关键技术主要包括:网络拓扑限制, 网络协议, 时间同步, 定位技术, 数据融合及管理, 网络平安, 应用层技术9. 主要包括:物理层。介质访问限制层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, 图形用户界面与后台组件四个局部组成。11. 数据融合的内容主要包括:多传感器的目标探测, 数据关联, 跟踪与识别, 状况评估与预料12. 无线传感器网络可以选择的频段有:_800MHz_915M_, 2.4GHz, _5GHz13. 传感器网络的电源节能方法:_休眠技术机制, _数据融合14.
3、 传感器网络的平安问题:(1) 机密性问题。 (2) 点到点的消息认证问题。 (3) 完整性鉴别问题。15. 规定三种帧间间隔 :短帧间间隔SIFS,长度为 28 msa) , 点协调功能帧间间隔PIFS长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度,即78 msb) 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 128 ms16. 随意相邻区域运用无频率穿插的频道是,如:1, 6, 11频道 。17. 网络的根本元素SSID标示了一个无线效劳,这个效劳的内容包括了: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
4、为电信号的装置,传感器一般由敏感元件, 转换元件, 转换电路三局部组成19. 传感器节点由传感器模块, 处理器模块, 无线通信模块与能量供应模块四局部组成20. 物联网是在计算机互联网的根底上,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, 能量供应模块与纳米技术列为物联网关键技术。21. 建立无线校园网必需的设备有:二、 根本概念说明每题5分,共40分1. 简述无线网络介质访问限制方法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。假设信道空闲,且在DIFS时间内始终空闲,那么发送这个数据帧。发送完毕
5、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,还须要等待SIFS时间,然后向源站点发送ACK确认帧。假设源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧,那么说明没有发生冲突,这一帧发送成功。否那么执行退避算法。2. 无线LAN供应的效劳有哪些? 规定每个遵从该标准的无线局域网必需供应9种效劳,这些效劳分为两类,5种分布式效劳与4种站效劳。分布式效劳涉及到对单元cell的成员关系的管理,并且会与其它单元中的站点进展交互。由AP供应的5种效劳将移动节点与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,立刻通告它的身份与实力。实力包括支持的数据速率, 须要
6、PCF效劳与功率管理需求等。 AP可以承受或拒绝移动站点的参加。假如移动站点被承受,它必需证明它自己的身份。 解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联,从而中止它们之间的关系 重建关联。站点可以运用该效劳来变更它的首选AP 。 分发。该效劳确定如何将发送到AP的帧发送出去。假如目的站在同一个AP下,帧可以被干脆发送出去,否那么必需通过有线网络转发。 集成。假如一个帧须要通过一个非网络具有不同的编址方案或帧格式传输,该效劳可将格式转换成目的网络要求的格式站效劳4种站效劳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,看它是否知道以前支配给它
7、的密钥;移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧,然后发回给AP ,就可以证明它是知道密钥的;假如AP检验正确,那么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,须要解除认证。 保密。处理加密与解密,加密算法为RC4。 数据传递。供应了一种数据传送与接收方法3. 简述无线传感器网络系统工作过程无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织与多跳的方式构成的无线网络,目的是协作地采集, 处理与传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息,并报告给用户4. 为什么无线传感器网络须要时间同步,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
8、中,每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差,以及湿度与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同步协议的根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展同步。这种同步算法消退了同步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协议接受层次型网络构造,首先将全部节点依据层次构造进展分级,然后每个节点与上一级的一个节点进展时间同步,最终全部节点都与根节点时间同步。5. 为什么无线传感器网络须要节点定位,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? 传感器节点的自身定位是传感器网络应用的根底。许
9、多应用都要求网络节点预先知道自身的位置,并在通信与协作过程中利用位置信息完成应用要求。假设没有位置信息,传感器节点所采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离或方位进展定位三边测量算法: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: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局部,各局部的功能分别是什么?无线传感器网络体系构造包括物理层, 数据链路层, 网络层, 传输层与应用层与
10、能量管理平台, 移动管理平台与任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够依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,并支持多任务与资源共享。7. 简述基于ZigBee无线传感器网络架构说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接受Chipcon公司生产的 射频系统单芯片CC2430。该单芯片上整合了ZigBee RF前端, 内存与微限制器等。其构造框图如下图。ZigBee的逻辑设备按其功能可分为协调器, 路由器与终端设备。 协调器的作用在于启动网络初始化, 组织网络节点与存储各节点信息。 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
11、当于网络中的叶节点,可以是随意类型的物理设备。8. 简述无线传感器应用的开发过程,系统仿真常用哪些软件平台?开发过程依据软件工程的思想,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过程中的阅历,整个开发过程分为分析, 设计, 实现与测试四个阶段分析阶段:整个开发过程始于分析阶段,这个阶段显示系统应当做什么。指出系统要实现的目标,在分析阶段,要分析具体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,在此根底上分析员要能够精确地定义系统的需求。设计阶段:依据系统需求,设计选用适合目标系统的硬件平台, 软件系统等。运用模块化原那么,运用构造图将系统应用程序先划分为
12、较小的局部,以便能够简洁理解与处理。在模块划分的过程中,要尽量到达模块间的松散藕合,以提高可重用性,使维护修改更简洁,实现新的用户需求。实现阶段:完成系统软硬件平台的定制与创立实际的程序。依据目标系统的设计与需求,定制传感器节点的功能,并对WSN操作系统(软件平台)进展裁减,剔除开发目标系统所不须要的局部,以节约有限的空间,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展测试。目前无线传感器网络运用的仿真工具主要有NS2, TinyOS, OPNET, OMNET+等等。其中TinyOS是特地针对无线传感器网络的特点而探讨开发的。NS2:NS是一种可扩展, 以配置与可编程的时间驱动
13、的仿真工具,它是由REAL仿真器开展而来.在NS的设计中,运用C+与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,但可以快速转换的脚本语言,正好与C+互补,所以OTCL语言被用来配置仿真中各种参数,建立仿真的整体构造,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,产生全部事务的时辰表,运行并跟踪仿真结果,还可以对结果进展相应的统计处理或制图.NS可以供应有线网络, 无线网络中链路层及其上层精确到数据包的一系列行为仿真。NS中的许多协议都与真
14、实代码特殊接近,其真实性与牢靠性是特殊高的OPNET主要特点包括以下几个方面:(1)接受面对对象的技术,对象的属性可以随意配置,每一对象属于相应行为与功能的类,可以通过定义新的类来满足不同的系统要求;(2)OPNET供应了各种通信网络与信息系统的处理构件与模块;(3)OPNET接受图形化界面建模,为运用者供应三层(网络层, 节点层, 进程层)建模机制来描述现实的系统;(4)OPNET在过程层次中运用有限状态机来对其它协议与过程进展建模,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, 高离散事务的模拟流程;(5)OPNET内建了许多性能分析器,它会自动采集模拟过程的结果数据;(
15、6)OPNET几乎预定义了全部常用的业务模型,如匀整分布, 泊松分布等TinyOS是特地针对传感器研发出的操作系统。运用的语言为nesC语言。TinyOS操作系统中常用的仿真平台主要是TOSSIM与Avrora 1TOSSIM(TinyOSsimulation)是一个支持基于TinyOS的应用在PC机上运行的模拟器.TOSSIM运行与传感器硬件一样的代码,仿真编译器能干脆从TinyOS应用的组件表中编译生成仿真程序。 2Avrora是一种特地为Atmel与Mica2节点上以AVR单片机语言编写的程序供应仿真分析的工具。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
16、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与能量感知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探讨重点主要集中在能量效率上, 而在将来的探讨中可能还须要解决由视频与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 路由协议对网络的拓扑感知实力与移动性的支持比拟差,如何在限制协议开销的前提下,支持快速拓扑感知是一个重要挑战。(3)平安路由。由于WSNs 的固有特性,其路由协议极易受到平安威逼, 是网络攻击的主要目标, 设计简洁, 有效, 适用于WSNs 的平安机
17、制是今后努力的方向。(4)有效功耗。WSNs 中数据通信最为耗能,今后尽量通过运用数据融合技术, 数据传输中接受过滤机制来削减通信量,并通过让各节点平均消耗能量来保持通信量的负载均衡。(5)容错性。由于WSNs 节点简洁发生故障,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复原,可接受多路径传输来提高数据传输的牢靠性10. 无线传感器网络常用操作系统有哪些?各有哪些特点?WSN的操作系统(WSNOS)是WSN系统的根本软件环境,是许许多多的WSN应用软件开发的根底。WSNOS不是特定的系统/用户界面,也不是特定的一系列系统效劳,而是定义了一套通用的界面框架,允许
18、应用程序选择效劳与实现;它供应框架的模块化,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效劳与抽象。同其他操作系统一样,WSNOS是为了便利开发应用,供应物理设备的抽象与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,设备特殊性与缺乏一样的抽象层次。因此,WSNOS的设计谋略必需是一个资源库,从中抽取一局部组成应用。它致力于供应有限资源的并发,而不是供应接口或形式。伯克利开发的TinyOS正是这样一套WSNOS系统 :美国加州高校伯克利分校开发,事务驱动,基于组件,运用nesC编写,nesC:运用C作为其根底
19、语言,支持全部的C语言词法与语法,增加了组件component与接口interface的关键字定义,定义了接口及如何运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,不能实现动态连接与配置 (Multimodal Networks of In-situ Sensors) :美国克罗拉多高校开发,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c语言,整个内核占用的RAM小于500个字节,适合于无线传感器网络中处理困难任务例如加密解密,数据融合,定位,时间同步等的需求 :美国加州高校洛杉矶分校开发,供应了很好的动态增加与删除模块的功能 ,内核与应用程序模块中都运用动态存储,实现
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