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《无线传感器网络》一、填空题(每题4分，共计40分）1.传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户(观察者)传感器网络的基本功能:协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信2.常见的同步机制:RBS(Reference Broadcast Synchronization)，Ting/Mini-Sync和TPSN（Timing—sync Protocol for Sensor Networks）3.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4.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩散阶段、梯度建立阶段、数据传播阶段、路径加强阶段5.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、应用相关的网络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6.IEEE 802。
15.4标准主要包括:物理层、介质访问控制层7.简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：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8.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、情况评估和预测9.无线传感器网络可以选择的频段有：868MHz 、915MHz、2。
4GHz、5GHz10.传感器网络的电源节能方法：休眠(技术)机制、数据融合11.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) 完整性鉴别问题12.基于竞争的MAC协议S-MAC协议 T—MAC协议 Sift协议13.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应模块四部分组成14.故障修复的方法基于连接的修复基于覆盖的修复15.基于查询的路由定向扩散路由谣传路由二、问答题（每题10分，共计60分）1.简述无线传感器网络系统工作过程，传感器节点的组成和功能.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,目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
简答题1.简述无线传感器网络的应用。
【8.0分】答案要点：无线传感器网络的应用领域主要集中在以下几个方面：军事方面、环境、生态观测和智能农业、医疗护理、智能家居等等。
2.简述无线传感器网络网关的特点和功能。
【6.0分】答案要点：无线传感器网络网关具有以下特点：能耗方面：具有寿命长，高能效、低成本等特点。
数据处理方面：具有数据吞吐量大、计算能力、存储能力要求高的特点。
在通信距离方面：网关的传输范围比普通的无线传感器网络节点较远，以保证数据传输到外网的监控中心。
无线传感器网络网关在完成协议转换的同时，可以承担组建和管理无线传感器网络的诸多工作，具体功能如下：扫描并选定数据传输的物理信道，分配无线传感器网络内的网络，发送广播同步帧，初始化无线传感器网络设备。
配合无线传感器网络所采用的MAC算法和理由协议，协助节点完成与邻居节点连接的建立和路由的形成。
对接收数据进行协议转换。
对从各个节点接收到的数据的具体应用和需求以及当前的带宽，自适应的启动数据融合算法，降低数据冗余度。
处理来自监控中心的控制命令。
3.简述GPRS技术特点。
【6.0分】答案要点：GPRS有以下特点：高速数据传输：速度10倍于GSM，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件。
永远在线：由于建立新的连接几乎无需任何时间（即无需为每次数据的访问建立呼叫系统），随时都可以与网络保持联系。
仅按数据流量计费：即根据用户传输的数据量来计费，而不是按上网时间计费。
只要不进行数据传输，一直在线也无需付费。
4.简述RFID工作原理。
【6.0分】答案要点：RFID系统由读写器、标签和应用系统组成。
其主要的工作原理简单描述如下：由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号；当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置的射频天线发送出去；读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理；读写器的应用系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。
无线传感器网络的时间同步问题摘要时间同步对任何分布式系统都是一个关键的基础问题。
分布式无线传感器网络广泛使用的同步时间，往往在范围，寿命和精度同步实现等方面有特殊要求，以及实现同步所需的时间和所需的能源。
现有的时间同步方法需要扩展，以满足这些新的需求。
我们列举了传感器网络未来的同步要求，并提出了我们自己的低能耗同步方案，事后同步。
我们还描述了一个实验，其性能特点是使用很少的能量创造短暂的，局部的，但高精度的同步。
1.介绍最近的发展小型化和低成本，低能耗设计导致积极研究在大规模，高度分散的小系统，无线，低功耗，无人值守传感器和致动器[ 1，7， 4 ] 。
许多研究人员提出了创造传感器丰富的“聪明环境”的设想。
通过有计划或临时部署数千个传感器，每一个短距离无线通信通道，并能够检测环境条件如温度，运动，声，光，或存在某些物体。
时间同步对任何分布式系统都是一个关键的基础设施。
分布式，无线传感器网络使特别是广泛使用的同步时间：例如，将时间序列的接近侦测到的速度估计[ 3 ] ;测量声音的运行时间定位其来源[ 5 ] ;分发波束阵列[ 13 ] ;或制止重复邮件，由认识到他们所描述重复检测同一事件不同的传感器[ 6 ] 。
传感器网络也有许多相同的要求，传统的分布式系统：精确的时间戳，往往需要在加密计划，以协调活动定于今后，供订购记录的事件在系统调试，等等。
传感器网络应用的广泛性导致时间要求的范围，寿命和精度不同于传统的系统。
此外，许多节点新兴的传感器系统将非系留，因此有小型的能源储备。
所有通讯，甚至被动的听，将产生重大的影响，这些储备时间同步方法的传感器网络因此，必须也考虑到他们消费的时间和精力。
在本文中，我们认为，非均质性要求在传感器网络应用的需要能源效率和其他方面的限制没有发现在常规分布式系统，甚至是各种硬件而传感器网络将部署，使目前的同步计划不足以完成这项任务。
传感器网络，现有的计划将需要扩大和合并后新的方式，以便提供服务，以满足应用的需要与可能的最低能量支出。
无线传感器网络的时间同步与时钟校准方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点可以通过无线通信互相连接，协同工作以完成各种任务。
在无线传感器网络中，时间同步和时钟校准是非常重要的问题，对于网络的性能和可靠性有着直接的影响。
时间同步是指在无线传感器网络中，使得各个节点能够按照相同的时间标准进行操作。
这样可以实现节点之间的协同工作，提高整个网络的效率。
而时钟校准则是指将每个节点的本地时钟与全局时间进行校准，以保证节点之间的时间一致性。
目前，有许多时间同步和时钟校准的方法被提出和应用于无线传感器网络中。
其中，最常用的方法之一是基于时间戳的同步方法。
该方法通过在数据包中添加时间戳的方式，使得接收节点可以获取发送节点的发送时间，从而实现时间同步。
然而，由于无线传感器网络中节点的能源和计算能力有限，时间戳同步方法往往会带来较大的能耗和时延。
为了解决时间戳同步方法的问题，一些新的同步方法被提出。
其中之一是基于声波的同步方法。
该方法利用节点之间的声波通信，在网络中广播时间信号，从而实现时间同步。
由于声波传播速度较慢，节点之间的距离可以忽略不计，从而减小了能耗和时延。
此外，基于声波的同步方法还可以提供更高的精度和稳定性，适用于一些对时间要求较高的应用场景。
除了时间同步，时钟校准也是无线传感器网络中的重要问题。
时钟校准的目的是使得每个节点的本地时钟与全局时间保持一致，以避免时间误差对网络性能的影响。
目前，常用的时钟校准方法有两种：硬件校准和软件校准。
硬件校准是通过使用高精度的时钟源来校准节点的本地时钟，例如GPS信号。
然而，由于硬件成本较高，硬件校准方法在实际应用中并不常见。
相比之下，软件校准方法更加灵活和经济。
该方法通过网络中的节点之间相互协作，根据时间同步的结果来校准本地时钟，从而实现时钟的校准。
总的来说，无线传感器网络的时间同步和时钟校准是保证网络性能和可靠性的关键问题。
第一章无线传感网概述1.无线传感器网络的概念：无线传感器网路是一种由多个无线传感器节点和几个汇聚节点构成的网络，能够实时的检测、感知和采集节点部署区域的环境或感兴趣的的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后一无线的方式发送出去。
2.WSN的特点及优势1）WSN与Ad hoc共有的特征：自组织；分布式；节点平等；安全性差2）WSN特有的特征：计算能力不高；能量供应不可代替；节点变化性强；大规模网络3.无线传感器网络架构：1）协议：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层物理层：负责载波频率产生、信号的调制解调等工作，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。
数据链路层：（1）媒体访问控制。
（2）差错控制。
网络层：负责路由发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。
传输层：负责将传感器网络的数据提供给外部网络，也就是负责网络中节点间和节点与外部网络之间的通信。
应用层：主要由一系列应用软件构成，主要负责监测任务。
这一层主要解决三个问题：传感器管理协议、任务分配和数据广播管理协议，以及传感器查询和数据传播管理协议。
2）管理平台：（1）能量管理平台（2）移动管理平台（3）任务管理平台（1）管理传感器节点如何使用资源，在各个协议层都需要考虑节省能量。
（2）检测传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。
（3）在一个给定的区域内平衡和调度检测任务。
4.无线传感器网络所面临的挑战：低能耗，实时性，低成本，安全和抗干扰，协作第二章无线传感网物理层设计1.WSN物理层频率的选择：一般选用工业，科学和医疗频段。
ISM（医疗）频段的主要优点是无需注册的公用频段、具有大范围可选频段、没有特定标准、灵活使用。
欧洲使用433MHZ，美国使用915MHZ频段2.WSN结构采用的是无线射频通信第三章数据链路层1.MAC协议分类：1）按节点的接入方式：侦听（间断侦听：DEANAdeng），唤醒（低功耗前导载波侦听MAC协议），调度（主要使用在广播中）2）按信道占用数划分：单信道（主要采用），双信道，多信道3）信道分配方式：竞争型（S-MAC，T-MAC,Sift），分配型（SMACS，TRAMA），混合型（ZMAC），跨层型2.分配型MAC协议采用TDMA,CDMA,SDMA,FDMA等技术3.数据链路层的关键问题：能量效率问题，可扩展性，公平性，信道共享，网络性能的优化4.记忆竞争的S-MAC协议，具有以下特点：（1）周期性的侦听和睡眠（2）使用虚拟载波侦听和物理载波侦听进行冲突避免（3）自适应侦听（4）将长消息分成子段进行消息传递5.基于竞争的T-MAC协议：为了改进S-MAC协议不能根据网络负载调整自己的调度周期的缺点，T-MAC协议根据一种自适应占空比的原理，通过动态地调整侦听与睡眠时间的比值，从而实现节省能耗的目的。
《无线传感器网络》试题一、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，感知对象，观察者2、传感器网络的基本功能：协作地感知、采集、处理和发布感知信息3、无线传感器节点的基本功能：采集、处理、控制和通信等4、传感器网络常见的时间同步机制有：5、无线通信物理层的主要技术包括：介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术6扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种：：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频7、定向扩散路由机制可以分为三个阶段：周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强8、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、应用相关的网络9、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、应用层技术等10、IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层和MAC层的标准11、简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：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。
12、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、情况评估和预测13、无线传感器网络可以选择的频段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ14、传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合等，15、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) 完整性鉴别问题。
16、802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为 28 μs、点协调功能帧间间隔PIFS长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度，即78 μs 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 μs17、任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：1、6、11频道。
18、802.11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19、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20、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应模块四部分组成二、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。
无线传感器网络中的时间同步算法研究无线传感器网络（WSN）已成为一种广泛应用于各种领域的技术，如环境监测、农业、医疗保健等。
WSN 由大量的低功耗无线传感器节点组成，它们可以采集和传输环境数据，但是它们必须在时间上同步。
这是因为它们在数据传输和协议执行时必须遵守时间限制。
时间同步算法成为 WSN 中最重要的问题之一。
时间同步算法可以使 WSN 的节点具有相同的时间戳，以确保数据在整个网络中的一致性和准确性。
它们在各种应用程序中都是必不可少的，如追踪，定位，无线电源控制等。
在 WSN 中，时间同步算法可以分为两类：分布式算法和集中式算法。
分布式算法是每个节点在一组邻居节点上同步时间，而集中式算法是由集中的基础时间同步协调器（例如 GPS 卫星）向所有节点广播时间。
分布式时间同步算法使用局部信息来同步时间，这使得节点可以在不依赖中心化同步协调器的情况下实现同步。
这更适合在可靠性和可扩展性方面受限制的环境中使用。
这些算法可以分为三个类：时基、基于事件和混合。
时基同步算法的基本思想是使用全局时钟周期，这通常由在线时间同步的节点集合中的一些准确节点生成。
所有其他节点同步到这些节点，从而实现整个网络的时间同步。
这两个节点之间的同步是通过周期性地交换同步消息来实现的。
基于事件的时间同步算法采用事件触发模型。
当传感器节点检测到某些特定事件时，它们将发出时间消息，这些消息将跨节点传递。
通过比较消息的发送时间和接收时间，节点可以正确地计算整个网络的同步时间。
混合算法将时基和事件同步结合在一起。
在这种情况下，节点首先同步它们的时钟到某些参考节点，然后使用基于事件的同步来使它们的时钟更准确。
然而，在实际的 WSN 中，时间同步面临许多挑战。
每个节点的振荡器频率不同，因此在相同的时间内，它们的时间戳也有所不同。
此外，传输延迟、消息丢失和节点故障等因素也会影响时间同步的准确性。
为了克服这些问题，近年来已经提出了很多新的时间同步算法。
