无线传感器网络——拓扑控制主讲:何丽莉3拓扑控制z没有明确的对应层次z部署于介质访问控制层(MAC)和路由层(ROUTING)之间z 为路由提供连通的网络z从MAC 层获得邻居消息，以维护生成的拓扑4网络拓扑结构控制与优化的意义1.影响整个网络的生存时间2.减小节点间通信干扰3.为路由协议提供基础4.影响数据融合5.弥补节点失效的影响拓扑控制平面网络–所有节点具有相同的角色功率控制z骨干网节点彼此是连通的z每个节点都有一个骨干网节点控制z只使用骨干网节点之间的，以及骨干网节点和受控节点之间的链路8z每个节点仅属于一个簇z除了起簇间桥梁作用的点z簇头节点形成一个控制集，彼此独立z关键：簇头的确定z原始图G和化简后的图径长度的最大增长z能量扩展因子（z最高效路径上消耗的能量的最大增长12拓扑控制算法的评价准则-续z 吞吐量（Throughput ）z 化简后的拓扑结构应该能够支持与原始网络相似的通信量z鲁棒性（Robustness ）z 拓扑变化时需要的调整尽量少z 算法总开销（Algorithm overhead )z 计算量小13平面网络中的拓扑控制——功率控制z 也称功率分配问题z 节点通过设置或者动态调整发射功率，在保证网络连通的基础上，使得网络能耗最小，以延长整个网络的生存时间。
z NP 难问题z 一般的解决方案都是寻找近似解法。
14基于节点度的算法z节点度z 所有距离该节点一跳的邻居节点的数目z 主要思想z 给定节点度的上限和下限需求，动态调整节点的发射功率，使得节点的度数落在给定区间z 典型算法z 本地平均算法Local Mean Algorithm, LMA z 本地邻居平均算法Local Mean of Neighbors algorithm, LMN15本地平均算法LMA1.所有节点以相同发射功率工作，所有节点定期广播LifeMsg (ID)；2.接收到LifeMsg 消息的节点，向ID 标识的节点发送LifeAckMsg 消息；3.利用收到的LifeAckMsg 消息，统计自己的邻居节点数目NodeResp ；4.如果NodeResp 小于邻居数下限，则下一轮发送中增大发射功率；否则，如果NodeResp 大于邻居数上限，则下一轮发送中减小发射功率。
第一章、概述1.无线传感器网络系统通常包括哪三种节点？无线传感器网络系统通常包括：传感器节点（sensor node ）汇聚节点（sink）管理节点2.简述传感器节点结构，并指出各个功能模块的功能？传感器模块：信息采集、数据转换处理器模块：控制、数据处理、网络协议无线通信模块：无线通信，交换控制信息和收发采集数据能量供应模块：提供能量3.无线传感器网络的特点是什么？大规模网络自组织网络动态性网络可靠的网络应用相关的网络以数据为中心的网络4.在无线传感器网络中，传感器节点的限制有哪些？电源能量有限通信能力有限计算和存储能力有限5.无线传感器网络的三个基本要素是什么？无线传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者6.什么是无线传感器网络？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，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。
第二章、拓扑控制1.网络拓扑控制与优化的意义？1）减少节点间通信干扰，提高网络通信效率2）为路由协议提供基础3）影响数据融合4）弥补节点失效的影响5）影响整个网络的生存时间2.无线传感器网络常见的拓扑结构包括哪两个？每种拓扑结构所采用的主要拓扑控制方法是什么？无线传感器网络常见的拓扑结构包括平面网络结构和分层网络结构。
无线传感器网络拓扑控制研究主要可以分为两大类:平面型网络中的节点功率控制和层次型网络拓扑中的分簇算法。
3.列举几个典型的节点功率控制算法典型算法如:本地平均算法LMA本地邻居平均算法LMN基于邻近图模型的DRNG算法、DLSS算法等。
4.列举几个典型的分簇算法。
典型算法如:低能量自适应分簇机制LEACH基于地理位置的分簇算法GAF算法TopDisc算法等第三章、通信与组网技术1.无线传感器网络物理接口的四个特性是什么？①机械特性;②电气特性;③功能特性;④规程特性。
2.无线通信物理层的主要技术包括哪几个？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。
无线传感器网络试题库附答案《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、感知对象、用户(观察者)2.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3、3.无线传感器节点的基本功能：采集数据、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6.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展阶段、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、可靠的网络、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。
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、情况评估和预测12.无线传感器网络可以选择的频段有：_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)完整性鉴别问题。
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交叉的频道是，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应模块四部分组成20.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。
1-2、什么就是无线传感器网络?无线传感器网络就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。
目的就是协作地探测、处理与传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。
1-4、图示说明无线传感器网络的系统架构。
1-5、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别就是什么?(1)传感模块(传感器、数模转换)、计算模块、通信模块、存储模块电源模块与嵌入式软件系统(2)传感模块负责探测目标的物理特征与现象,计算模块负责处理数据与系统管理,存储模块负责存放程序与数据,通信模块负责网络管理信息与探测数据两种信息的发送与接收。
另外,电源模块负责结点供电,结点由嵌入式软件系统支撑,运行网络的五层协议。
1-8、传感器网络的体系结构包括哪些部分?各部分的功能分别就是什么?(1)网络通信协议:类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。
它由物理层、数据链路层、网络层、传输层与应用层组成。
(2)网络管理平台:主要就是对传感器结点自身的管理与用户对传感器网络的管理。
包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。
(3)应用支撑平台:建立在网络通信协议与网络管理技术的基础之上。
包括一系列基于监测任务的应用层软件,通过应用服务接口与网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
1-9、传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。
(1)根据结点数目的多少,传感器网络的结构可以分为平面结构与分级结构。
如果网络的规模较小,一般采用平面结构;如果网络规模很大,则必须采用分级网络结构。
(2)平面结构:特征:平面结构的网络比较简单,所有结点的地位平等,所以又可以称为对等式结构。
优点:源结点与目的结点之间一般存在多条路径,网络负荷由这些路径共同承担。
一般情况下不存在瓶颈,网络比较健壮。
缺点:①影响网络数据的传输速率,甚至造成网络崩溃。
②整个系统宏观上会损耗巨大能量。
