无线传感器网络期末考试重点

传感器节点体系结构：由传感器模块：负责监测区域内信息的采集和数据转换处理器模块：负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据无线通信模块：负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据 能量供应模块：提供能量，通常采用微型电池组成传感器网络与现有无线网络的区别：无线自组网是一个由几十个到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳性的移动性对等网络。

两者区别：1.传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大，节点分布更为密集；2.由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；3.环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化；4.传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用，传统无线网首要考虑服务质量和高效带宽利用，其次才是能源。

传感器节点的限制：1.电源能量有限：由于体系微小，通常携带能量十分有限的电池，加上分布广，部署环境复杂，电池难以更换2.通信能力有限：传感器考虑到节点能量限制和网络覆盖区域大，传感器通常采用多跳路由的传输机制，加上传感器节点的无线通信带宽有限，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信频繁出现中断。

3.计算和存储能力有限：传感器节点价格低功耗小，导致了携带的处理器能力比较弱，存储容量比较小。

传感器网络的特点：1.大规模网络：一方面是指传感器节点分布的地理区域很大，另一方面是指传感器节点很多和密集；2.自组织网络：通常传感器节点被放置在没有基础结构的地方，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，这就要求传感器节点有自组织的能力， 传感器模块 处理器模块 无线通信模块 能量供应模块 收发器 网络 MAC 处理器 存储器 AC/DC 传感器能够自动进行配置和管理。

3.动态性网络：传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变(1)环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；(2)环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；(3)传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；(4)新节点的加入。

无线传感器网络期末考试及答案无线传感器网络期末考试一、多选1、以下哪些内容属于无线传感器网络(WSN)的特征：（A）网络无需定期维护（B）网络可实时数据处理（C）网络采用有源无线技术（D）网络有功耗要求A、B、C、D2、无线传感器网络的应用场景中，属于智能家居的是：（A）家庭结构物监测（B）地震舆情分析（C）太阳能系统监测（D）水文遥测A、C、D3、以下属于无线传感器网络通信协议的是：（A）IEEE802.15.4（B）Mqtt（C）HTTP（D）CoAPA、B、D4、以下属于无线传感器网络的传输技术的是：（A）蓝牙（B）Wi-Fi（C）短波（D）传感器网格A、B、D二、判断1、ZigBee 技术可实现的是低延迟的低功耗的实时信息传输正确2、无线传感器网络可通过采用多种不同通信协议实现与其它网络的混合通信正确三、简答1、请比较低功耗无线传感器网络中的基础微电子种类特性低功耗无线传感器网络中使用的基础微电子，种类包括嵌入式处理器、无线通信芯片、传感器、可编程判断及控制IC，它们有一些共同的特性：必须具备低功耗、小尺寸和低成本的特性，为无线传感器网络的部署和操作能够满足要求的电源、信号传输能力和智能处理能力。

2、请描述网络安全技术在无线传感器网络中的应用在无线传感器网络中，为了保证大量的传感器节点能够安全地传输数据，应用网络安全技术是十分重要的。

因此，网络安全技术在无线传感器网络中应用非常广泛，对于多种传感器类型的信息安全有着重要的意义。

有了网络安全技术，传感器网络的访问控制，安全认证，数据保密，数据完整性和日志记录等方面都可以得到有效保护，从而增强网络安全性，避免恶意攻击及实时回应潜在的安全威胁。

无线传感器网络中物理层的研究主要集中在两个方面：传输介质和调节机制。

IEEE 802.15.4标准定义的网络具有如下特点：（1）在不同的载波频率下实现20Kb/s，40Kb/s和250Kb/s三种不同的传输速率。

（2）支持星型和点对点型两种拓扑结构。

（3）有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址。

（4）支持冲突避免的载波多路侦听技术（CAMS/CA）。

（5）支持确认（ACK）机制，保证传输可靠性。

无线传感器网络通常可分为平面网络结构、分级网络结构、混合网络结构以及Mesh网络结构。

平面网络结构：所有节点为对等结构，具有完全一致的功能特性，也就是说每个节点均包含相同的介质访问控制、路由、管理和安全等协议。

层次网络结构：网络分为上层和下层两个部分：上层为中心骨干节点，下层为一般传感器节点。

混合网络结构：是无线传感器网络中平面网络结构和层次网络结构的一种混合拓扑结构。

Mesh网络结构：它是规则分布的网络，不同于完全连接的网络结构，通常只允许与节点最近的邻节点通信。

网络内部的节点一般都是相同的，因此Mesh网络也称为对等网。

无线传感器网络的能量管理主要体现在传感器节点电源管理和有效的节能通信协议设计。

ZigBee定义的网络层功能包括：（1）加入或离开一个网络；（2）信息帧安全；（3）路由机制；（4）路径选择；（5）单跳邻节点探测；（6）邻节点信息获取。

ZigBee定义的应用层包括了应用支持子层、应用层框架和ZigBee设备对象。

应用支持子层的功能包括：（1）维护关联表：需求服务的设备和提供服务的设备之间的绑定关系；（2）维护绑定设备间的信息。

ZigBee设备对象的功能包括：（1）定义网络中设备的功能作用（协调器或终端设备等）；（2）对绑定请求进行相应的初始化；（3）为网络设备建立安全的关联关系；（4）检测网络中的设备并决定是否提供服务。

影响时间同步的主要因素是时间同步消息在网络中传输延迟。

1.无线传感器网络的基本要素包括：答：传感节点感知对象观察者2.无线传感网络的特征是什么？答：1）低功耗，微型化，高度集成，低价格的传感节点；2）节点密集布设；3）协作式网络；4）自组织网络；5）无线网络3.无线传感器网络的主要优势：答：1）精度高；2）灵活性强；3）可靠性高；4）经济性好4.无线传感器网络从原理功能角度分类的技术包括：答：传感器技术、无线通信与组网技术、分布式数据聚合/融合技术、数据管理技术、节点定位技术与时间同步技术。

5.无线传感器网络从工程实现角度分类的技术包括：答：无线传感器节点硬件制造技术，嵌入式软件开发技术，节点供电技术和节点及网络的能量有效性设计技术。

6.无线传感器网络从网络运行与应用角度分类的技术包括哪些？答：1）网络布设与休眠调度技术；2）无线传感网络广域互联技术；3）结合行业的无线传感器网络应用技术。

*7.无线信号功率耗损包括：答：路径耗损，多径衰落耗损，阴影衰落。

*8.无线传感网络节点能耗包括：答：数据采集模块、数据处理模块和无线通信模块的耗损9.无线传感器固定目标网络的布设目标答：无线传感器固定目标网络的布设又分为确定性布设和随机性布设，在确定性传感器节点布设中，最感兴趣的是如何用最少的传感器节点完全覆盖目标区域，随机布设所关心的是，在单位区域内至少需要多少传感器节点才能达到一定的概率覆盖传感区域。

10.无线传感器网络的覆盖模型有几种？各是什么？答：无线传感器网络的覆盖模型有4种，布尔覆盖模型，一般覆盖模型，协作覆盖模型，概率覆盖模型。

11.确定性传感器节点布设的目标是什么？答：用最少的传感器节点尽量覆盖监控目标区域。

12.随机传感器节点布设的目标是什么？答：研究传感器节点密度问题，即决定在单位区域内至少需要布设多少传感器节点，才能达到以一定的概率覆盖该区域。

13.最小的暴露路径：对于入侵者而言，目的是为了要选择一条被发现概率最小的路径14.在无线传感器网络的MAC层，导致能量消耗的潜在因素有哪些？答：冲突，空闲监听，串听，控制开销15.无线传感器网络节点的无线通信模块的状态分为：答：发送状态，接收状态，空闲监听状态，休眠状态16.简述传感器网络休眠机制的主要思想答：休眠机制的主要思想是，当节点周围没有感兴趣的事件发生时，计算与通信单元处于空闲状态，把这些组件关掉或调到更低能耗的状态，即休眠状态，避免空闲监听和串听导致节点不必要的能量消耗，以达到有效节能手段。

无线传感器网络期末考试重点无线传感器网络期末考试重点第一章1、无线传感器网络的标准定义是，无线传感器网络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，目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。

2、无线通信模块存在发送、接收、空闲和睡眠4种状态，在发送状态的能量消耗最大。

3、传感器网络节点使用的限制因素有：电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限。

第二章4、无线传感器网络拓扑结构按照其组网形态和方式来看，有集中式、分布式和混合式。

5、当传感器的密度即单位区域的传感器数目为有限时，c>=2r是覆盖包含连接性的充分必要条件。

6、无线传感器网络覆盖分为区域覆盖、点覆盖、边界覆盖三种。

第三章7、无线传感器网络协议的分层结构：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

8、物理层的主要功能：为数据终端设备提供传送数据的通路；传输数据；其他管理工作。

9、无线通信物理层的主要技术包括介质和频段选择、调制技术和扩频技术。

10、目前无线传感网络采用的主要传输介质包括无线电、红外线和光波等。

11、比较常见的编码调制技术包括幅移键控、频移键控、相移键控和各种扩频技术。

12、在低速无线个域网的802.15.4标准中，定义的物理层是在868MHz、915MHz、2.4GHz3个载波频段收发数据。

13、数据链路层功能：多路数据流、数据结构探测、媒体访问和误差控制。

14、考虑现有的MAC解决方案，主要包含以下几种访问方式：基于TDMA的媒体访问、基于混合TDMA/FDMA的媒体访问、基于CSMA的媒体控制。

15、传输层的主要目标：采用多路技术和分离技术作为应用层和网络层的桥梁；根据应用层的特定可靠度需求在源节点和汇节点间提供带有误差控制机制的数据传递服务；通过流动和拥塞机制注入网络的信息量。

16、所谓跨层设计的定义，是针对特定的分层结构而言的，一切不符合参考分层通信结构的协议设计都被称为跨层设计。

一、填空题：第一章1、电磁波是由同相震荡且相互垂直的（电场和磁场）在空间以波的形式传递能量和动量，其传播方向垂直于（电场和磁场）构成的平面。

2、信道可以从狭义和广义两方面理解，狭义信道即（信号传输的媒质），分为（有线信道）和（无线信道）；广义信道按功能可以分为（模拟信道）和（数字信道）。

3、构成无线传感器网络的关键技术包括（Zigbee技术）、（RFID 技术）、（GPRS技术）、（WIFI技术）等。

4、构成物联网体系结构的三个层次分别是（感知层）、（网络层）和（应用层）。

5、无线传感器网络由（传感器节点）（汇聚节点）（任务管理节点）等几部分构成。

6、无线传感器网络是大量的传感器节点以（自组织）或者（多跳）的方式构成的无线网络。

7、无线传感器网络协议栈主要分为五层：（物理层）（MAC层）（网络层）（传输层）和（应用层）。

第二章：1、模拟调制的调制方式分为（AM）、（FM）、（PM）。

2、数字调制的调制方式分为（ASK）、（FSK）、（PSK）。

3、物理层帧由（同步头）、（帧长度）和（PHY负载）构成。

4、扩频通信方式有（DS）（FH）（TH）和（Chirp）5、（ISM）频段是对所有无线电系统都开放的频段，发射功率要求在1W以下，无需任何许可证。

6、造成多径传播的原因主要有（反射）（散射）（衍射）和（折射）7、扩频通信的理论基础来源于（香农）公式8、光纤通信、卫星通信和（扩展频谱通信）一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。

9、无线传感器网络的物理层遵循（IEEE802.15.4）标准。

10、物理层实体主要包括（基带处理电路）、（射频前端电路）和（传输媒质）。

第三章：1、MAC层有四种不同的帧形式：（信标帧）、（数据帧）、（确认帧）、（命令帧）。

2、MAC帧一般格式由（帧头）、（有效载荷）和（帧尾）构成。

3、分配型MAC协议采用（TDMA）（CDMA）（FDMA）和（SDMA）等技术，将一个物理信道分为多个子信道动态或静态的分配给节点，以避免冲突。

广东白云学院2015 —2016 学年第 二 学期期末考试《无线传感器网络技术与应用》（A 卷）参考答案及评分标准一、选择题（请将正确答案填写在括号内。

每小题2分，共30分）1、以下属于物理层的设备是（A ） A 、中继器B 、以太网交换机C 、桥D 、网关2、路由选择协议位于（C ）。

A 、物理层B 、数据链路层C 、网络层D 、应用层3、MAC 的是指（B ）。

A 、逻辑链路控制子层 B 、介质访问控制子层 C 、物理层D 、数据链路层4、在同一个信道上的同一时刻，能够进行双向数据传送的通信方式是（C ）。

A 、单工B 、半双工C 、全双工D 、上述三种均不是5、以下属于物理层的设备是（ A ） （A）A 、中继器B 、以太网交换机C 、桥D 、网关6、下列哪一项不是flooding 和gossiping 路由协议的问题（ A ） A 、协议设计复杂 B 、信息内爆C 、部分重迭D 、网络资源利用不合理7、在通信系统中，传输速率属于通信系统性能指标中的（ A ）。

A ．有效性B ．可靠性C ．适应性D ．标准性8、对模拟信号进行模/数字转换后会产生( A )。

A ．失真Ｂ．干扰C ．失真+干扰Ｄ．失真或干扰9、观察传感器的信号波形图应使用的仪表是（C ）。

A、频率计B、万用表C、示波器D、扫频仪10、WLAN的通信标准主要采用( C )标准。

A．IEEE802.2 B．IEEE802.3 C．IEEE802.11 D．IEEE802.1611、无线局域网相对于有线网络的主要优点是( A )。

A．可移动性B．传输速度快C．稳定性高D．通信质量好12、以下不属于无线网络面临的问题的是( C )。

A．无线信号传输易受干扰B．无线网络产品标准不统一C．无线网络的市场占有率低D．无线信号的安全性问题13、无线传感器网络的基本要素不包括( C )。

A．传感器B．感知对象C．无线AP D．观察者14、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( D )。

无线传感网期末考试试题# 无线传感网期末考试试题## 一、选择题（每题2分，共20分）1. 无线传感网（WSN）的主要特点不包括以下哪一项？A. 自组织网络B. 低功耗C. 高数据速率D. 多跳通信2. 以下哪种协议不是无线传感网中常用的MAC协议？A. IEEE 802.15.4B. ZigBeeC. BluetoothD. CSMA/CA3. 无线传感网中，节点的定位技术不包括以下哪一项？A. 基于时间差定位B. 基于信号强度定位C. 基于GPS定位D. 基于距离向量定位4. 无线传感网的网络拓扑结构通常不包括以下哪种？A. 星型B. 网状C. 树型D. 总线型5. 在无线传感网中，哪个因素不是影响网络覆盖范围的主要因素？A. 节点的发射功率B. 接收灵敏度C. 节点数量D. 信号传播环境## 二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述无线传感网的组成及其各部分的功能。

2. 描述无线传感网中数据收集和传输的基本过程。

3. 阐述无线传感网在环境监测领域的应用及其优势。

## 三、计算题（每题15分，共30分）1. 假设一个无线传感网中，节点A到节点B的信号传播损耗为3dB，节点B到节点C的信号传播损耗为5dB。

如果节点A的发射功率为100mW，求节点C接收到的信号功率。

2. 给定一个无线传感网的网络拓扑图，节点之间的通信需要经过两个跳。

如果每个节点的通信范围是50米，计算整个网络的最大覆盖范围。

## 四、论述题（20分）1. 论述无线传感网在智能家居领域的应用，并分析其面临的挑战和解决方案。

## 五、案例分析题（20分）1. 假设你被分配到一个项目，该项目旨在监测一个大型农场的土壤湿度和温度。

请根据无线传感网的特点，设计一个适合该场景的网络架构，并解释你的设计思路。

请注意，以上试题仅为示例，实际考试内容可能会根据教学大纲和课程进度有所不同。

考生应根据所学知识和理解来作答。

概念一、传感器网络基本概念：基本要素、节点结构、节点限制、节点功能1.无线传感器网络的标准定义是：无线传感器网络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，目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内的感知对象的检测内容，并报告给用户。

2.无线传感器的三个要素：传感器、感知对象和用户。

3.传感器节点结构：数据采集模块（传感器、A/D转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块（电池、DC/DC能量转换器）组成。

4.节点限制：①电源能量有限②通信能力有限③计算和存储能力有限5.节点功能：在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或簇头节点的角色。

采集数据，数据处理，控制、通信二、WSN分类1.按照组网形态和方式分：集中式、分布式和混合式。

2.按节点功能及结构层次分：平面网络结构、分级网络结构、混合网络结构、以及Mesh网络结构。

三、覆盖分类1.节点部署方式分类：①确定性覆盖②随机覆盖2.覆盖目标分类：①面覆盖②点覆盖③栅栏覆盖四、WSN各层名称及其所负责的分工五、WLAN通信标准IEEE802.11 ——2.4GHz定义了介质访问控制（MAC）层和物理层。

最初版本主要应用于办公室局域网和校园网，用户和用户终端的无线接入业务主要限制于数据存取，速率最高达2Mb/sIEEE 802.11a——5GHz的ISM频段上，数据传输速率可达54Mb/s的物理层IEEE 802.11b——2.4GHz的ISM频段上数据传输速率最高可以达到11Mb/s物理层IEEE 802.11g——2.4GHz的ISM频段上，数据速率最大54Mb/s使用OFDM调制技术，可以与相同网络中的IEEE 802.11b设备共同工作六、WSN路由器分类、定向扩散等主要的基本思想，flooding和gossing路由协议的特点（1）//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知路由协议平面路由、层次路由、能量感知路由、基于查询的路由、地理位置路由（2）定向扩散是一种基于查询的路由机制，是专门为无线传感器网络设计的。

第一章概述1.无线传感器的概念：一种由大量的微型传感器节点组成的面向任务的无线自组织网络系统。

2.与传统的无线自组织网络（特征）类似：自组织性、分布式控制、拓扑动态性；区别：网络规模大、节点能力受限、节点可靠性差、以数据为中心、多对一传输模式、冗余度高、面向任务。

3.开发用的硬件平台——嵌入式个人计算机：PDA；专用传感器节点：Berkeley Motes （广泛）、UCLA Medusa、MIT uAMP；片上系统节点：Smart Dust、BWRC PicoNode4.软件平台：TinyOS（最早）、nesC、TinyGALS、Mote等5.设计目标：体积小、成本低、功耗低、自组织、可扩展、自适应、可靠、安全、（带宽）资源利用率高、服务质量高。

第二章体系结构1.节点组成（4）：感知、处理、通信、电池模块2.汇聚节点的作用：（1）向传感器节点发送查询消息或命令（2）作为联接外部网络的网关3.多跳网络分为——平面结构：所有传感器节点地位相同、互为中继；分层结构：按簇组织，簇成员将数据发给簇头，簇头发给汇聚节点；好处：（1）降低通信能耗（2）平衡节点间的负载，并提高可拓展性（3）在簇头进行数据融合，减少数据发送量，提高能亮效率4.协议栈——应用层：负责提供各种无线传感器网络应用，包括查询发送、节点定位、时间同步、网络安全；传输层：负责节点间端到端的可靠、透明传输，包括拥塞控制和差错控制；网络层：为传感器节点向汇聚节点发数据提供路由；数据链路层：数据量的复用、数据帧的创建与检测、媒体接入、差错校验，提供点到点或多点的可靠传输，其中主要的是媒体访问控制（MAC）和差错控制（前向纠错FEC、自动重传请求ARQ）；物理层：将数据链路层形成的数据流转换成适合在传输媒体上传送的信号，并进行收发。

5.设计准则：可扩展、可互通、抗毁、可靠、安全、能量高效性。

第三章 MAC协议（数据链路层）1.作用：决定局部范围内无线信道的使用方式，用来在传感器节点之间分配信道频谱资源，建立数据传输所需的基础通信链路2.特点：尽量节省节点能量、可扩展性、公平性（均衡节点能量消耗）、传输效率高。