苏州大学无线传感器期末

1.传感网的性能指标：网络的工作寿命，网络覆盖范围，网络搭建成本与难易程度，网络响应时间。

2.传感网的拓扑结构：平面网络结构，分级网络结构，混合网络结构，Mesh网络结构。(按照节点功能及结构层次划分) 按组网形态和方式来看有集中式、分布式和混合式

3.传感网的节点工作模式：a.发送b接受c睡眠d空闲能量比较a>b>d>c

（1）全唤醒模式（2）随机唤醒模式（3）由预测机制选择唤醒模式（4）任务循环唤醒模式

4.传感网的基本要素：传感器、感知对象和用户。

5.传感网节点的能量消耗单元：传感器模块，处理器模块，无线传输模块主要消耗在无线通信模块上a.发送b接受c睡眠d空闲能量比较a>b>d>c

6.802.11定义了两种类型设备：无线站，无线接入点。

7.基于竞争的mac协议是传感网的主导，有：S-MAC协议，T-MAC协议，Sift协议。

T-MAC的早睡问题解决：未来请求发送，满缓冲区优先

8.ZigBee的常见频段：2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)

9.GPSR路由协议有两种转发模式：贪婪转发，周界转发

10.数据融合根据融合操作的级别分类：数据级融合，特征级融合，决策级融合。

按照融合前后的信息量分类：无损失融合，有损失融合。

11.802.11规定了两种不同的mac层访问机制：一种是分布式协调功能（DCF），另一种访问机制称为点协调功能（PCF）

12.802.15.4对应的通信频段：定义了27个信道编号0~26.2.4GHz频段的16个信道、915MHz 频段的10个信道、868MHz频段的1个信道

13.ZigBee网络层支持的三种拓扑结构：星型结构，网状结构，簇树型结构。

14.传感网的能量消耗有两种类型：通信相关的能量消耗，计算相关的能量消耗

15.定向扩散的四个阶段：1．兴趣扩散阶段2．梯度建立阶段3．数据传播阶段4．路径加强阶段

16.无线传感网的两种类型：有基础设施网，无基础设施网。

1.无线传感器网络的定义及其工作特点

无线传感器网络(WSN)的标准定义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地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。

特点：自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大、可靠性

2.GPSR协议的工作原理，在什么情况下使用

GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing)路由协议是贪婪算法(Greedy)和图形算法的结合，它不需要维护路由表，是一种无状态的路由协议。GPSR协议默认网络中的每个节点都可以通过GPS或者其他方法获知自己的地理位置信息。网络初始化时汇聚节点或关键节点向全网广播其位置信息，节点可以获得汇聚节点的地理位置信息以便日后向其发送信息。每个节点定期广播一个Hello包，告知邻居其地理位置信息，每个节点保存一个邻居表，记录其邻居的地理位置信息。当邻居节点在超时前仍未收到其发来的Hello包，则认为该邻居已离开其传输范围，并从邻居表中删除该邻居信息。在收到新邻居发来的Hello包时，节点将新邻居信息加入邻居表，并为其设置一个超时时间。

GPSR协议具有贪婪转发和周界转发两种分组转发方式。路由开始时，采用贪婪转发方

式进行分组转发，当贪婪方式失效时，即遇到通信空洞是转入周界转发模式继续路由，在条件满足是恢复贪婪算法转发模式，如此反复直至分组到达目的地。

3.TPSN时钟同步协议的工作原理

TPSN协议采用层次型网络结构，首先将所有节点按照层次结构进行分级，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，节点对之间的时间同步是基于发送者-接受者的同步机制。

4.LEACH工作原理

LEACH将网络的工作过程分为轮，每一轮包括建立期和稳定期，在建立期执行分群协议，把网络分成若干个群；稳定期分成若干帧，在每一帧，成员节点向群首发送数据，群首合并后发送给基站。

其基本思想是通过随机循环地选择簇头节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而降低了网络的能源消耗，提高网络的整体生存空间。协议中首先随机分配选择一个节点作为簇头，簇头开始发送广播消息，然后其他普通节点根据信号强弱选择要加入的族群。族头按照TDMA的方式分给每个普通子节点一个时隙，并广播。普通子节点在规定的时隙内向簇头发送数据。

5.基于测距的定位技术有哪些，工作原理是什么？

接收信号强度指示（RSSI）测距的原理如下：接收机通过测量射频信号的能量来确定与发送机的距离。将无线信号的发射功率和接收功率之间的关系表述为P R = P T / r n。其

中P R是无线信号的接收功率，P T是无线信号的发射功率，r是收发单元之间的距离，n传播因子，传播因子的数值大小取决于无线信号传播的环境。

10nlgr =10lgP T / P R10lgP R =A-10nlgr P R =A-10nlgr

到达时间/到达时间差(ToA/TDoA) 测距的原理如下：ToA机制是已知的传播速度，根据信号的传播时间来计算节点的距离。TDoA节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及这两种信号的传播速度,计算两个节点之间的距离。假设发射节点同时发射无线射频信号和超声波信号,接收节点记录下这两种信号的到达时间为T1、T2,无线射频信号和超声波信号的传播速度分别为c1、c2,那么两点之间的距离为(T2-T1)*S，其中S=c1*c2/（c1-c2）。

到达角（AoA）测距的原理如下：该方法通过配备特殊天线来估测其它节点发射的无线信号的到达角度。AoA测距技术易受外界环境影响，且需要额外硬件，它的硬件尺寸和功耗指标不适用于大规模的传感器网络，在某些应用领域可以发挥作用。

在基于AoA的定位机制中，接收节点通过天线阵列或多个超声波接收机，来感知发射节点信号的到达反向，计算接收节点和发射节点之间的相对方位和角度，再通过三角测量法计算节点的位置。

6.基于查询的路由主要有哪几种？定向扩散路由的工作原理是什么？

定向扩散路由，谣传路由

原理：Sink节点通过兴趣消息发出查询任务，采用洪泛方式传播兴趣消息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。兴趣消息用来表示查询的任务，描述网络用户对监测区域内感兴趣的信息。在兴趣消息的传播过程中，协议逐跳地在各个传感器节点上建立反向的从数据源到汇聚节点的数据传输梯度，传感器节点将采集到的数据沿着梯度方向传送到汇聚节点。定向扩散路由机制包括周期性的兴趣扩散、梯度建立、数据传播、路径加强等阶段。

7.ZigBee的技术特点

(1)数据传输速率低，数据率只有10kb/s～250kb/s，专注于低速传输应用。

(2)有效范围小，有效覆盖范围10～75m之间。

(3)工作频段灵活，使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为无需申请的ISM频段。

(4)省电，由于工作周期很短，收发信息功耗较低，采用了休眠模式。

(5)可靠，采用碰撞避免机制，并为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。

(6)成本低，由于数据传输速率低，并且协议简单，降低了成本，另外使用ZigBee协议可免专利费。

(7)时延短。它针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

(8)网络容量大，一个ZigBee网络可容纳多达254个从设备和一个主设备，一个区域内可同时布置多达100个ZigBee网络。

(9)安全，ZigBee提供了数据完整性检查和认证功能，加密算法采用AES-128，应用层安全属性可根据需求来配置。

8.为什么要进行节点定位，无须测距的技术

在传感器网络的很多应用问题中，没有节点位置信息的监测数据往往是没有意义。一旦一些突发性事件发生时，人们所关心的就是传感器节点的地理位置信息。如深林火灾监测、天然气管道泄漏监测等应用问题。一旦这些突发性事件发生，人们首先需要知道的就是传感器监测节点的地理位置信息。定位信息除了用来报告事件发生的地点之外，还可以用于目标跟踪、目标轨迹预测、协助路由和网络拓扑管理等。

无须测距的技术：一类是先对未知节点和锚点之间的距离进行估计，然后利用多边定位等方法完成对其他节点的定位；另一类是通过邻居节点和锚点来确定包含未知节点的区域，然后将这个区域的质心作为未知节点的坐标。主要为（1）质心算法（2）DV-Hop算法

9.S-MAC需要周期性的监听和睡眠，工作原理

[每个节点周期性地进入休眠状态，周期长度固定，节点的侦听活动时间也是固定的。节点苏醒后进行侦听，判断是否需要通信。为了便于通信，相邻节点间应尽量维持调度同步，并维护一张时间调度表，记录所有已知相邻节点的侦听与休眠调度信息。允许一个节点采用多个休眠调度，以使采用不同休眠调度的节点可以通过此类节点进行数据转发，能使网络在多跳情况下正常工作。各节点需要周期性地更新它们的休眠时间，防止长期的时钟漂移。] 为了减少能量消耗，节点要尽量处于低功耗的睡眠状态。每个节点独立地调度自己的工作状态，周期性地转入睡眠状态，在苏醒后侦听信道状态，以判断是否需要发送或接收数据。为了便于相互通信，相邻节点之间应该尽量维持睡眠和侦听调度周期的同步。

10.谣传路由的工作原理及其路径

谣传路由借鉴了欧氏平面图上任意两条曲线交叉几率很大的思想，当一个节点检测到一个事件，它将事件添加到该节点自身保存的表单，称之为事件表中。然后产生一个称之为代理（Agent ）的生命期较长的数据包，代理消息沿着随机路径向外扩散传播，同时汇聚节点发送的查询消息也沿着随机路径在网络中传播。当代理消息和查询消息的传输路劲交叉在一起时，就会形成一条汇聚节点到事件区域的完整路劲。

圈中区域表示发生事件的区域，圆点

表示传感器节点，黑色圆点表示代理

消息经过的传感器节点，灰色圆点表

示查询消息经过的传感器节点，连接

灰色节点和部分黑色节点的路径表示事件区域到汇聚节点的数据传输路径。

①每个传感器节点维护一个邻居列表和一个事件列表。

②当传感器节点在本地检测到一个事件时，就在事件列表中增加一个表项，设置相关的事件名称、跳数等，同时根据一定的概率产生一个代理消息。代理消息是一个包含生命期等事件信息的分组，用来携带相关的信息通告给它传输经过的每一个传感器节点。

③网络的任何节点都可以对一个特定的事件生成查询消息。

④若查询消息和代理消息的路径出现交叉的情况，交叉节点会沿着查询消息的反方向将事件信息传送到查询节点。如果查询节点在一段时间内没有收到事件消息，就认为查询消息并没有到达事件区域，可以选择重传、放弃或洪泛查询

11.数据融合的作用（？主要工作原理），在哪些方面可以提高其性能

数据融合的主要作用可归纳为以下几点：

(1) 提高信息的准确性和全面性。

(2) 降低信息的不确定性。

(3) 提高系统的可靠性。

(4) 增加系统的实时性。

12.网络当中的节点故障检测可以用哪些方法进行？

(1) 集中式故障检测

集中式的故障检测通过在Sink 节点放置检测程序，实时监测网络状态。Sink 节点需要收集的内容如表4-6所示。

图 7-8 谣传路由机制事件区域发起路径：

查询路径：节点：

(2) 分布式故障检测

分布式故障检测不是由Sink节点统一检测，而是由每个节点分别自行检测。隐藏终端(hidden terminals)、拥塞、链路不对称是几种常见的节点通信故障。

13.传感网当中的安全要求有哪些规则？

1.数据机密性

2．数据完整性

3．数据新鲜度

4．认证

5.可用性

6.自组织

7. 时间同步

8．安全定位

9．其他安全要求

14.为什么要时钟同步？

在分布式的无线传感器网络应用中，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。有时传感器网络的单个节点的能力有限，或者由于某些应用的需要，使得整个系统所需要实现的功能要求网络内所有节点相互配合来共同完成，分布式系统的协同工作需要节点间的时间同步。因此，时间同步机制是分布式系统基础框架中的一个关键机制。

在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和“逻辑时间”两个不同的概念。

分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时间。全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。

无线传感器网络时间同步机制的意义和作用主要体现在如下两方面：

首先，传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。

其次，传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。

1协作需求

2节能需求

为了传感器节点能够在时间上同步进入休眠或唤醒，从而节能的同时不影响正常工作