2015年无线传感器试题__答案

中南大学考试试卷2014--2015 学年下学期时间100分钟无线传感器网络课程 48 学时 3 学分考试形式：闭卷专业年级：物联网12级总分100分，占总评成绩 70 %试题共8页，答案直接写在答题纸上，记得填姓名哦姓名：一、选择题。

（选出一个正确答案，并将其代号写在相应题中的括号内。

每小题2分，共20分）1、ZigBee是 B 网络的标准之一。

A WWANB WPANC WLAND WMAN2、下面哪项不是FFD的工作状态（D）A作为一个主协调器 B、作为一个协调器 C、作为一个终端设备 D、作为一个服务器3、下列哪项不是PAN网络结构中的帧结构（C）A信标帧 B、数据帧 C、链路帧 D、确认帧4、由Zigbee组织来定义的是哪一层？（） BA物理层 B网络层 C介质读取控制层 D应用层5、下面哪一项不是WSN的强项。

（） CA．自组织 B. 分布式 C. 安全性 D.节点平等6、对于WSN来说，下面哪种说法不对。

（） CA. 节点能力不高B. 能量供应不好C. 节点变化性不强D.网络规模很大7、下面哪一项不太适合于无线传感器网络节点。

（） DA. 动态配置，以支持多种网络功能；B. 节点可以动态配置成网关、普通节点等；C. 支持低功耗的网络传输；D. 支持长距离通信的能力，以便数据传输。

8、信号的调制解调在WSN中，是属于哪一层的事务。

（） AA．物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D.以上都不是9、在WSN中，下列事务在每一层都要考虑，哪一项是最突出的。

（） AA．能量管理 B.移动管理 C.任务管理 D. 数据处理10、S-MAC协议是属于（） AA．基于竞争的MAC协议 B．基于分配的MAC协议C．混合型MAC协议 D. 跨层MAC协议二、填空题。

（每空1分，共30 分）1.IEEE 802.15.4 标准主要包括：物理层和介质访问控制层2.ISM频段是指无须注册的公用频段，具有大范围的可选频段，没有特定的标准，可以灵活使用，ISM频段的频率范围包括433MHz 、915MHz 和 2.4GHz 。

3.按分配信道方式划分，无线传感器网络的MAC层可以分竞争型、分配型和混合型。

4.在无线传感器网络中，常常根据剩余能量；数据属性；地理位置；链路质量；拥塞度；网络结构等因素决定下一跳节点，即由那个节点转发数据。

5.无线传感器节点的节点硬件组成部分包括数据采集模块，数据处理和控制模块，无线通信模块，能量供应模块。

6.ESRT协议将网络分为无拥塞，低可靠性(NC，LR)；无拥塞，高可靠性(NC，HR)；最优状态OOR；拥塞，高可靠性(C，HR)；拥塞，低可靠性(C，LR) 5种状态。

7.在相同的码元速率的情况下，M-ary调制方式传输的信息量是二进制调制方式的log2M倍，因此更节省了传输时间。

8.天波是指以电离层反射进行传播的波。

9.对于噪声通信信道，最简单的数学模型是加性噪声信道，它的数学表达式是r(t) = as(t)+n(t) 。

10.S-MAC协议基本的节能手段是依靠传感器节点定期进入睡眠状态减少节点空闲侦听的时间来实现的。

11.ZigBee中使用两种地址：一种是64位IEEE地址，即MAC地址一种是16位网络地址，即NWK地址12.ZigBee技术具有强大的组网能力，可以根据不同需要选用不同的网络结构，常用的有星型、树型和MESH网状网。

13.无线传感器网络网络层主要包括两方面内容，即：路由的选择和路由的维护14.SPIN协议是一类基于协商、以数据为中心的路由协议。

SPIN协议在节点过程中使用三种类型的数据包：15.16.17.18.19.1、什么是无线传感器网络？无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的环境或观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪声和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去。

2、简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的基本工作原理？CSMA/CA机制:当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。

若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。

发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。

如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。

站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。

否则执行退避算法。

3、简要分析无线传感器网络的概念、特征和发展趋势。

概念：无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的环境或观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪声和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去。

特点：自组织；分布式；节点平等；可靠性要求高；节点资源有限；网络规模大；时效性。

其中节点的可感知，微型化和自组织能力是无线传感器网络所具有的三个最基本的特点发展趋势：节点进一步微型化；寻求更好的系统节能策略；进一步降低节点成本；提高节点的自动配置- 1 -能力；完善高效的跨层网络协议栈；网络的多应用和异构化；进一步与其他网络的融合。

4、简单说明SMACS协议的的信道分配办法和冲突避免机制。

SMACS协议假设每个节点都能够在多个载波频点上进行切换，该协议将每个双向信道定义为两个时间段，这类似于TDMA机制中分配的时隙。

SMACS协议是一种分布式协议，允许一个节点集发现邻居并进行信道分配。

由于邻近节点分配的时隙有可能产生冲突，为了减少冲突的可能性，每个链路都分配一个随机选择的频点，相邻的链路都有不同的工作频点。

当链路建立后，节点在分配的时隙中打开射频部分，与邻居进行通信，如果没有数据收发，则关闭射频部分进行睡眠，在其余时隙节点关闭射频部分，降低能量损耗。

5、简要说明一下TEEN协议和APTEEN协议的区别。

TEEN和LEACH的实现机制非常相似，只是前者是响应型的，而后者属于主动型无线传感器网络。

在TEEN协议中定义了硬门限和软门限，仅当数据高于硬门限或数据的变化值大于软门限时才进行传输。

可以节省网络中的数据量。

但TEEN协议不适合应用在需要周期性采集的应用系统中。

根据TEEN的这个不足，APTEEN协议在TEEN协议的基础上提出了一种改进型算法，在响应性机制的基础上增加了一个计时器，节点发送完一次数据之后就将计时器清零，当计时器时间到达时如果还没有数据发送，那么协议不管有没有达到软门限或者硬门限的要求都会要发送这个数据。

6、说明TCP协议不能直接应用于无线传感器网络的原因。

TCP协议提供的是端到端的可靠信息传输，造成能量的浪费和拥塞；TCP协议采用的三次握手机制，时间太长，过程也相当复杂；TCP协议的可靠性要求很高，而WSN中可以有一定的数据包丢失或者删除；TCP 协议中采用的ACK反馈机制，时延非常高且能量消耗也特别大；而WSN中对时延的要求比较高，能量也非常有限；在TCP协议中，非拥塞的丢包会引起源端进入拥塞控制阶段，从而降低网络的性能；在TCP协议中，每个节点都被要求有一个独一无二的IP地址，而在大规模的无线传感器网络中基本上不可能实现的，也是没有必要的。

7、简要分析无线传感器网络的信息感知优势。

a)分布节点中多角度和多方位信息的综合，有效地提高了对被监测区域的观测的准确度和信息的全面性；b)传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供了较强的容错能力。

即使在极为恶劣的应用环境中，监控系统也可以正常工作；c)节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指标；d)多节点联合，可形成覆盖面积较大的实时探测区域；e)借助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力，可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。

8、说明看门狗的作用并写出CC2530中使用看门狗的核心流程看门狗（Watch Dog），即看门狗定时器，则正是专门用来监测单片机程序运行态的电路结构。

其基本原理是：启动看门狗定时器后，它就会从0 开始计数，若程序在规定的间间隔内没有及时对其清零，看门狗定时器就会复位系统（相当于重启电脑）。

以避免单片机程序死机或出现不可预测的结果。

看门狗的使用核心流程为：选择模式→选择定时器间隔→放狗→喂狗9、ZStack的协议栈结构为APP，HAL，MAC，MT，NWK，OSAL，Profile，Security，Services，Tools，ZDO，ZMac，ZMain和Output。

，简述期中NWK，OSAL，ZDO这三层的功能。

NWK（ZigBee Network Layer ）：网络层目录，含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件。

OSAL（Operating System (OS) Abstraction Layer）：协议栈的操作系统。

ZDO （ZigBee Device Objects ）：ZDO 目录。

10、由于无线传感器网络自身的特点，TCP协议不能直接用于无线传感器网络，原因如下：（写出比较合理的2~3条即可）。

（1）TCP协议提供的是端到端的可靠信息传输，而WSN中存在大量的冗余信息，要求节点能够对接收到的数据包进行简单的处理。

（2）TCP协议采用的三次握手机制，而且WSN中节点的动态性强，TCP没有相对应的处理机制。

（3）TCP协议的可靠性要求很高，而WSN中只要求目的节点接收到源节点发送的事件，可以有一定的数据包丢失或者删除。

（4）TCP协议中采用的ACK反馈机制，这个过程中需要经历所有的中间节点，时延非常高且能量消耗也特别大；而WSN中对时延的要求比较高，能量也非常有限。

（5）对于拥塞控制的WSN协议来说，有时非拥塞丢包是比较正常的，但是在TCP协议中，非拥塞的丢包会引起源端进入拥塞控制阶段，从而降低网络的性能。

（6）最后一点也最重要，在TCP协议中，每个节点都被要求有一个独一无二的IP地址，而在大规模的无线传感器网络中基本上不可能实现的，也是没有必要的。

四、程序题1、void InitialT1test(void){//初始化LED控制端口P1P1DIR = 0x05; //这一句的含义是P10 P11 P14为输出LED1 = 1;LED2 = 1;//初始化计数器1T1CTL = 0x05;IEN1|=0X02; //这一句的含义是定时器1中断使能EA=1; //这一条语句的含义开总中断}2、void main(void){ int ch;P1DIR = 0x03; //P1控制LEDled1 = 0;led2 = 1; //关LEDxtal_init();initUARTtest();Uart_Send_String("Please Input string end with '@'\r\n");while(1) // 这一条语句的含义让下面进入一个死循环{ ch = Uart_Recv_char();if (ch == '@' || recvCnt >= 256) //收到字符‘@’或者收到256个字符{ recvBuf[recvCnt] = 0;Uart_Send_String(recvBuf);Uart_Send_String("\r\n"); // 串口发送一个字符串recvCnt = 0;} else {recvBuf[recvCnt++] = ch; // 接收一个字符}- 2 -- 3 -} }3、 void setSleepTimer(unsigned int sec) //置睡眠定时器的定时间隔 {unsigned long sleepTimer = 0;sleepTimer |= ST0; //取得目前的睡眠定时器的计数值 sleepTimer |= (unsigned long)ST1 << 8; sleepTimer |= (unsigned long)ST2 << 16;sleepTimer += ((unsigned long)sec * (unsigned long)32768);// 加上所需要的定时时长ST2 = (unsigned char)(sleepTimer >> 16); ST1 = (unsigned char)(sleepTimer >> 8);ST0 = (unsigned char)sleepTimer; // 设置睡眠定时器的比较值 }4、int uWaveDistance(void) //超声波测距程序{unsigned int i = 0; float cnt = 0; int d; T1CNTL = 0; uWaveStart();while ((0 == WAVE_INPUT_PIN) && ++i); if (i == 0) return -1; //i 为0，表示有一段时间没有超声波信号输入了T1CTL = 0x0D; //128div i = 0;while (WAVE_INPUT_PIN && ++i);T1CTL = 0x00; // 什么情况下会执行到这里来。