物联网与无线传感网第 4 无线传感器网络的网络层
（3）根据传输过程中采用路径的多少，可分为单路径路由协议和多 路径路由协议。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
（4）根据节点是否编址、是否以地址表示目的地，可分为基于 地址的路由协议和非基于地址的路由协议。
➢基于集群结构的路由协议主要考虑的路由算法的可扩展性，其主要可 分为两种模式，即单层模式和多层模式，单层模式指路由协议仅对传感 器节点进行一次集群划分，通常每个集群头节点能直接与Sink节点通信； 多层模式指路由协议将对传感器节点进行多次集群划分，即集群头节点 将再次进行集群划分。
➢基于地理位置的路由协议假定传感器节点能够知道自身地理位置或者 通过基于部分标定节点的地理位置信息计算自身地理位置，用节点的地 理位置来改善一些已有的路由算法，实现无线传感器网络性能的优化。
➢ 由于无线传感器中电池不可替换，高效、均衡地利用能 量是好的协议所必须考虑的首要因素；
➢ 无线传感器网络中协议应尽量精简，无复杂的算法，无 大容量的冗余数据需要存储，控制开销少；
➢ 网络的互联通过Sink节点来完成，其余节点不提供网外 的通信；
➢ 网络中无中心节点，多采用基于数据或基于位置的路由 算法机制；
第四章 无线传感器网络的网络层
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述 无线传感器网络网络层分类 无线传感器网络网络层路由协议 移动SINK的无线传感器网络网络层协议
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
在无线传感器网络中，路由协议主要用于确定网络中的 路由，实现节点间的通信。但是由于受节点能量和最大通信 范围的限制，两个节点之间往往不能直接进行数据交换，而 需要以多跳的形式进行数据的传输。无线传感器的网络层就 主要负责多跳路由的发现和维护，这一层的路由协议主要包 括两个方面：
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
无线传感器网络的路由协议的发展还不够完善，随着科 技的进步，无线传感器网络将会朝着以下几个方面发展。
1．最优路径选择
2．安全性
3．QoS保证
4．能量高效利用和均衡
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
无线传感器网络路由协议总是具有以下几个特点：
2） SPIN协议解决的关键问题 SPIN协议通过节点之间的协商，解决Flooding协议（所有节点转
发数据）和Gossiping协议（随机选择节点转发数据）的内爆和重叠问 题。
内爆：节点向邻居节点转发数据 包，不管其是否收到过相同数据
重叠：感知节点感知区域有重叠，导 致数据冗余
第四章 无线传感器网络的网络层
（8）根据路由建立是否与查询相关，可分为查询驱动路由协议 和非查询驱动路由协议。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
较为常用的路由协议有：基于数据的路由协议、基于集群结构的路 由协议和基于地理位置的路由协议。
➢基于数据的路由协议能够对感知到的数据按照属性命名，对相同属性 的数据在传输过程中进行融合操作，减少网络中冗余数据的传输，这类 协议同时集成了网络路由任务和应用层数据管理任务。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
SPIN协议的三次握手方式
当接受到ADV报文的节点发现已经拥有了ADV报文中描述的数据， 那么它不发送REQ报文，能量较低的节点也不发送REQ报文（SPIN2）
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
1）SPIN协议基本思想
SPIN协议是一类基于协商、以数据为中心的路由协议。SPIN协议假 设所有的网络节点都是潜在的Sink节点，某一个要发送数据的节点把数据 传送给任何需要该数据的节点，并通过协商机制减少网络中数据传输的 数据量。节点只广播其他节点没有的数据以减少冗余数据，从而有效地 减少了能量消耗。
（5）根据数据在传输过程中是否进行数据融合处理，可分为数 据融合的路由协议和非数据融合的路由协议。
（6）根据是否以地理位置来表示目的地、路由计算中是否利用 地理位置信息，可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由 协议。
（7）根据是否以节点的可用能量或传输路径上的能量需求作为 选择路由的根据，可分为能量感知路由协议和非能量感知路由协 议。
➢ 由于节点的移动或失效，一般采用多路径备选
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
尽管无线传感器网络路由协议已经取得了较大的进展， 但还有一些问题需要解决，下面就简单列出几个挑战。
➢ 节能 ➢ 高扩展性 ➢ 容错性 ➢ Nhomakorabea数据融合技术 ➢ 通信量分布不均匀
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
无线传感器网络的应用背景各不相同，单一的路由协议不能满足 各种应用需求，因而研究人员设计了众多的路由协议。为说无线传 感器网络路由协议的特点，可以根据路由协议采用的通信模式、路 由结构、路由建立时机、状态维护、节点表示和传递方式等策略， 运用了多种方法对其进行分类。
（1）根据节点在路由过程中是否有层次结构，作用是否有差异，可 分为平面路由协议和层次路由协议。
SPIN协议在节点过程中使用三种类型的数据包：
ADV：广播数据包，当一个节点需要发送数据时，就向周围广播一个带 有本节点属性、类型等信息的一个数据包该数据包通常要远远小于数据 本身的大小。
REQ：请求包，如果接收到ADV的节点需要该数据就发送一个REQ请求 包。
DATA：数据包，接收REQ后，要发送数据的节点就发送一个DATA包， DATA中包含有效数据。
路由的选择：即寻找一条从源节点到目的节点的最优路径；
路由的维护：保证数据能够沿着这条最优路径进行数据的转 发。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
相对于传统网络，无线传感器具有以下特征： ➢1）大规模分布式应用 ➢2）以数据为中心 ➢3）基于局部拓扑信息 ➢4）基于应用 ➢5）数据的融合
无线传感器网络技术内容
第一章物联网：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
无线传感器网络综合了计算技术、通信技术及传感器技术，其任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测。
无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点。
典型的无线传感器网络结构包括哪几部分？一般情况下由以下四个基本单元组成：数据采集单元、控制单元、无线通信单元以及能量供应单元。
无线传感器网络基本节点拓扑结构可分为基于簇的分层结构和基于平面的拓扑结构两种选择题：无线传感器网络可实现数据的采集量化，处理融合和传输应用，具有无线自组织网络的移动性、电源能力局限性，规模大、自组织性、动态性、可靠性、以数据为中心等等。
第2章无线传感器网络物理层的传输介质主要包括电磁波和声波。
无线电波、红外线、光波等负责使在两个网络主机之间透明传输二进制比特流数据成为可能，为在物理介质上传输比特流建立规则，以及在传输介质上收发数据时定义需要何种传送技术。
无线传感器网络物理层接口标准对物理接口具有的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性进行了描述。
作为一种无线网络，无线传感器网络物理层协议涉及传输介质以及频段的选择、调制、扩频技术方式等，同时实现低能耗也是无线传感器网络物理层的一个主要研究目标。
IEEE 802.15.4 该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为关键目标，旨在个人或者家庭范围内不同设备之间建立统一的低速互连标准。
有16个信道工作于2.4GHz ISM频段，2.4GHz频段提供的数据传输速率为250kb/s，对于高数据吞吐量、低延时或低作业周期的场合更加适用有1个信道工作于868MHz频段以及10个信道工作于915MHz频段。
物联网课后答案(高等教育)
物联网三层：感知层，网络层，应用层。
云计算的特征：虚拟化，按需服务，基于网络，资源配置优化名词解释：RFID 、EPC 、ZIGBEE 。
RFID (Radio Frequency Identification)即射频识别，俗称电子标签，一种自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。
EPC (Electronic Product Code)，即产品电子代码，为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯。
ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。
主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
简述物联网的定义 internet of Things物联网是通过射频识别（RFID ）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
简要说明三角测量法的基本原理。
答：已知A ，B ，C 三个节点的坐标 ，节点D 相对于节点A ，B ，C 的角度分别为：∠ADB ，∠ADC ，∠BDC ，假设节点D 的坐标为 （x ，y ）。
对于节点A ，C 和角∠ADC ，如果弧段AC 在△ABC 内，那么能够惟一确定一个圆，设圆为O1(XO1,yO2) ，半径为r1，那么 α=∠AO1C=2π-2∠ADC 并存在下列公式：2211122121222211()()()()()()22cos O a O a O b O b a c a c x x y y r x x y y r x x y y r r α⎧-+-=⎪⎪-+-=⎨⎪-+-=-⎪⎩由式能够确定圆心 点的坐标和半径 。
同理对A ，B ，∠ADB 和B ，C ，∠BDC 分别确定相应的圆心 、半径 、圆心 和半径 。
无线传感器网络-1-4 WSN与IOT
1. 物联网IOT
物联网的体系结构一般划分为三个层次，从下而上 依次是：感知层、网络层、应用层
1. 物联网IOT
无线传感网络技术的发展为物联网信息的采集提供方便快捷的手段，同时 也出现了以往所没有的大量数据，处理必须借助专用的数据处理以及数据
挖掘、云计算等前沿技术手段。
四：WSN与IOT
1. 物联网IOT
物联网即物物相连的互联网，其英文名称为IOT （Internet of Things）。
和传统的互联网相比，物联网具有以下鲜明特征:
①物联网是各种感知技术的广泛应用。 ②物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。 ③物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智
从而实现WSN与RFID结合来共同实现物联网的目标信息获取。
课后习题
1.简述无线传感网络的体系结构与功能单元。 2.举一到两个无线传感网络的应用案例。 3.请想象一下无线传感网络可以解决我们身边
的哪些问题？
能处理的能力，能够对物体实施智能控制。
1. 物联网IOT
物联网技术与IPv6技术、M2M技术、 WSN技术、嵌入式系 统技术、全球定位技术、RFID技术、普适计算技术、云计 算技术等技术密切相关。
1. 物联网IOT
和传统的互联网相比，物联网具有以下鲜明特征:
①物联网是各种感知技术的广泛应用。 ②物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。 ③物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智
1. 物联网IOT
物联网感知层中用来获取信息的手段主要有两种：一种是基于 RFID的物联网感知，另一种就是基于无线传感网络WSN的物联 网感知，RFID最终将会与WSN融合，成为 物联网感知层的一个信息采集整体。
《物联网技术案例教程》各章课后习题
第1章一、选择题1. 物联网的末梢网络属于物联网组成架构中的_____层。
A. 采集控制B. 接入C. 承载网络D. 应用控制2. 信息安全属于物联网核心技术中的_____技术。
A. 综合应用B. 管理服务C. 网络构建D. 感知识别3. 通过_____技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要环节，是物联网区别于其他网络的最独特部分。
A. 云计算B. 感知识别C. 信息物理融合系统D. 网络构建4. 下面的_____不属于无线宽带网络的范畴。
A. Wi-FiB. WiMAXC. 3GD. ZigBee5. WiMAX技术负责为广阔区域内的网络用户提供高速无线数据传输业务，与它相对应的是IEEE _____协议标准。
A. 802.11B. 802.15.4C. 802.16D. 14516. 在M2M系统的结构组成中，M2M网关属于_____。
A. 设备终端层B. 网络传输层C. 应用层的中间件部分D. 应用层的数据存储部分7. 当云计算的服务提供给公众用户时，称为_____，它是由第三方供应商提供云计算服务。
A. 公共云B. 私有云C. 专属云D. 混合云8. _____是提供请求云计算服务的交互界面，也是用户使用云计算的入口。
A. 资源监控B. 服务器集群C. 云客户端D. 服务目录9. _____能自主适应物理环境的变化，它构建网络的最终目的是为了实现控制，这与一般意义上的网络只传输信息的用途有所区别。
A. 物联网B. 传感网C. CPS系统D. 云计算二、填空题1. 物联网的组成架构包括采集控制层、＿＿＿层、＿＿＿层、＿＿＿层和＿＿＿层。
2. 物联网的技术特征可以概括为＿＿＿、＿＿＿和智能处理。
3. 根据信息生成、传输、处理和应用的过程，物联网的核心技术主要包括＿＿＿技术、＿＿＿技术、＿＿＿技术和综合应用技术。
4. ＿＿＿是物联网的主要实现和应用形式。
5. 通常M2M系统的结构是由三层组成的，即＿＿＿层、＿＿＿层和应用层。
无线传感器网络与物联网
无线传感器网络与物联网近期，我们学习了有关无线传感器网络与物联网的相关内容。
使我认识到了的科技的重要性，现在我将这段时间的学习成果汇报如下。
定义：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，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。
在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。
其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。
无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。
一个无线传感器网络通常包括三要素，即传感器、感知对象和观察者。
传感器由电源、感知部件、嵌人式处理器、存储器、通信部件和软件等几个部分组成，这些部分相互协调，共同完成对外界信息的感知功能;感知对象是无线传感器网络的监测目标;观察者是无线传感器网络的用户，是传感信息的接收者和应用者。
其主要特点有(1)自组织：传感器网络系统的节点具有自动组网的功能，节点间能够相互通信协调工作。
(2)多跳路由：节点受通信距离、功率控制或节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发完成数据的传输，因此网络数据传输路由是多跳的。
(3)动态网络拓扑：在某些特殊的应用中，无线传感器网络是移动的，传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑发生变化。
(4)节点资源有限：节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。
无线传感器网络与物联网的区别：无线传感器网络不同于物联网。
事实上传感技术也好、RFID技术也好，都仅仅是信息采集技术之一。
除传感技术和RFID技术外，GPS、视频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别与物物通信的技术都可以成为物联网的信息采集技术。
传感网或者RFID网只是物联网的一种应用，但绝不是物联网的全部。
把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。
无线传感器网络技术
2.3
2.4
无线传感器网络操作系统
无线传感器网络的关键技术 无线传感器网络中间件软件 面向多类型网络的无线传感器网络接入技术
2.5 2.6
2.2.1 无线传感器网络硬件设备概述
在无线传感器网络中，传感器节点既要实现数据采集和处 理转化，又要实现数据的融合和路由，并对本身采集的数据和 收到的其他节点发送的数据进行综合，转发回监控终端。
• 低能耗； • 实时性；
• 低成本；
• 安全和抗干扰； • 协作。
2.1.7 无线传感器网络的主要应用领域
生活习性监测 地震监测
战场评估
医疗状况监控
无线传感器网络
精细农业 深海监控
目标跟踪和检测
森林火灾监控
小区安全监控
第二章 无线传感器网络技术
2.1 无线传感器网络的基本概念 2.2 无线传感器网络硬件基础
移 动 管 理 平 台
拓 扑
网 络 管 理
（a）
（b）
图2-2无线传感器网络协议栈
2.1.3 无线传感器网络基本特点 传统的无线网络和 MANET网络
无线传感器网络
以传输数据，完成通信为目 的，中间节点仅负责分组数据 的转发，通常节点具有持续的 能量供给。他们注重在高度移 动的环境中通过优化路由和资 源管理策略，最大化带宽利用 率，同时提供高性能的服务质 量QoS(Quality of Service)。
2.2.5 无线传感器网络硬件开发套件
• 图像音频传感器的核心处理器为 Mega128，可以采用 JTAG ICE仿真 器进行仿真。 • 图像传感器的辅处理器为Tiny12，可 以采用stk500与之通信。 • 视频传感器的核心处理器为 i.MX27 ，开发板的flash中已经配臵好嵌入式 Linux。
《物联网传输技术》PPT课件
数据为中心 对于无线传感器网络来说，观察者一般不会去具 体的在意某个节点感知的数据信息，主要注意的 是被监测的区域需要监测的指标参数。网络在进 行数据查询的时候，是将所要查询的信息以数据 的方式告知网络。网络通过自身的功能将查询到 的信息以数据的方式反馈回来，整个查询的过程 和节点的编号和位置无关。可以说无线传感器网 络的这种查询和传递信息的方式是以数据为中心 的。
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蓝牙技术简介 技术特点：1.蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，工作 频段无须申请许可。2.使用1Mbit/s速率以达到最大 限制带宽。3.使用快速调频（1600跳/s）技术抗干 扰。4.在干扰下，使用短数据帧尽可能增大容量。5. 快速确认机制能在链路情况良好时实现较低的编码开 销。6.采用CVSD话音编码，可在高误码率下使用。 7.灵活帧方式支持广泛的应用领域。8.宽松链路配置 支持低价单芯片集成。9.严格设计的空中接口使功耗 最小。10.发射功率自适应，低干扰。
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自组织性
传感器节点在没有基础设施的条件下被部署，由于节点的 具体位置、节点间相邻关系预先也不确定，节点必须拥有 自组织能力，能够随时随地快速开展和自动的组网，自动 的开展配置管理，根据合适的网络算法和协议转发监测的 数据信息。传感器节点因为能量的耗尽或者环境的因素形 成了死亡，新的节点需要加入，传感器网络中节点个数总 是动态的变化，网络结构也就不断的动态变化，无线传感 器网络自组织的特点，从而更好的达到了网络拓扑的改变。
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蓝牙协议体系结构
蓝牙技术体系结构中的协议分为底层协议，中间协议和应用协议
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蓝牙体系结构中协议的基本功能分类
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蓝牙的组网方式
在组网方式上，蓝牙规范支持微微网和散射网两种模式。 不论蓝牙设备的类型和应用如何，一个微微网最多由8台 蓝牙设备组成。由多个相互重叠的微微网组成的网络成为 散射网，散射网中的各微微网之间允许重叠，允许交叉， 允许共享设备。网络中的底层硬件模块构成了蓝牙技术的 核心内容，是任何一个蓝牙设备必须具备的部分。在使用 这些硬件模块时，为方便起见，蓝牙技术规定了连接状态， 纠错方式，系统的移动性安全性。
无线传感器网络技术与应用
无线传感器网络技术与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由许多具有自主能力的传感器节点组成的网络系统，这些节点能够感知环境中的物理量，进行数据处理和通信传输。
它具有广泛的应用领域，包括环境监测、无线通信、智能交通等。
本文将对无线传感器网络技术及其应用进行探讨。
一、无线传感器网络的基本原理无线传感器网络由大量的传感器节点组成，这些节点分布在被监测的区域内，通过无线通信相互连接。
每个节点都具备感知、数据处理和通信功能。
节点通过感知环境中的物理量，如温度、湿度、压力等，将数据进行处理并传输给其他节点。
为了降低能耗，节点通常采用分层的工作体系结构，包括传感层、网络层和应用层。
二、无线传感器网络的特点1. 自组织性：无线传感器网络中的节点可以自行组织成网络，无需人工干预。
当有新的节点加入网络或旧节点离开网络时，网络能够自动调整。
2. 自适应性：无线传感器节点可以根据环境的变化，动态地调整自身的工作模式。
节点可以自主决策是否进行数据处理和传输，从而降低能耗。
3. 分布式处理：无线传感器节点在感知和数据处理过程中分布在整个监测范围内，并通过无线通信相互交换信息。
节点之间的通信通常采用多跳传输的方式。
三、无线传感器网络的应用领域1. 环境监测：无线传感器网络广泛应用于环境监测领域。
通过节点感知环境中的温度、湿度、气体等物理量，可以实时监测环境的变化。
例如，在农业领域，可以利用无线传感器网络监测土壤温湿度，并根据监测结果进行灌溉控制。
2. 智能交通：无线传感器网络在智能交通领域的应用越来越广泛。
通过节点感知交通流量、车辆速度等信息，可以实时监测路况，为交通管理部门提供决策支持。
此外，无线传感器网络还可以用于车辆定位、电子收费等方面。
3. 物联网：无线传感器网络是物联网的基础技术之一。
物联网通过将各种物理设备和传感器连接起来，实现设备之间的信息交互和互联互通。
无线传感器网络作为物联网的关键组成部分，可以为物联网提供大量的感知数据。
物联网与无线传感网技术研究及应用
物联网与无线传感网技术研究及应用王中庆;陈慧【摘要】本文首先对物联传感网进行定义，在此基础上阐述具有远程识别、定位及监控功能的物联传感网系统的构成与要素，并进一步论述了物联传感网运用的核心技术，包括传感器技术、射频识别定位技术、视频监控技术、设备驱动和通信技术、广域网络构建技术、设备网关与中间件技术、数据通讯与远程存储技术、RHC物联网平台技术。
最后给出了一个基于物联传感网技术的枪支管理监控系统应用实例。
【期刊名称】《江西通信科技》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】6页(P28-33)【关键词】物联网;无线传感网;射频识别;监控技术【作者】王中庆;陈慧【作者单位】华东交通大学江西群星软件系统有限公司,南昌330013;华东交通大学机电工程学院,南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TN920、物联网基本概念IBM提出“智慧地球、物联网和云计算”，我国提出了发展物联网，“感知中国”，“感知城市”。
现在对物联网的定义至少有几十种，都是不同领域专家从不同领域定义的定义，没有一个统一的概念。
广义物联网中M2M(机器与机器)，机器与人(M2P)、人与人(P2P)，但没从物联网的本质进行定义。
本文认为物联网是一个异构网络，由三个层组成：M2M、M2S、S2P,如图1所示。
S-MSP是人与物联接的技术层。
图1 物联网基本组成0.1、物定义不是所有物都能联网，必须具备机器人条件，如表1所示。
表1 机器人条件?0.2、人与物联接的技术层定义有/无线物联网实现远程网络数字传输与存储系统、远程网络数据通讯与存储、远程多网络融合。
涉及多系统、多设备（模拟设备与数字设备）、多网络（局域网、广域网、互联网）、多应用（远程控制、远程测量、远程识别、远程诊断、远程检查和信息共享）、互联互通（物与物互联、人与人互通、人与物互控）、互相融合的网络构架（服务器、终端计算机、交换机、通讯服务器、操作系统与数据库系统、系统集成控制中心、应用软件与工具软件）。
《物联网工程概论》习题及思考题答案
1-1简述物联网的定义,分析物联网的“物”的条件;答：物联网是通过射频识别RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把各种物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络;特别注意,物联网中的“物”,不是普通意义的万事万物,这里的“物”要满足以下条件：1、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有处理运算单元CPU；5、要有操作系统；6、要有专门的应用程序；7、要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号;1-2简述物联网应具备的三个特征;答：一是全面感知,即利用射频识别技术RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递,通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理,利用云计算,模糊识别等各种智能计算技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制;1-4名词解释：RFID、EPC、ZigBee;答：RFID即射频识别,俗称电子标签,一种自动识别技术,可以快速读写、长期跟踪管理,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别;EPCElectronic Product Code,即产品电子代码,为每一件单品建立全球的、开放的标识标准,实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯;ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术;主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用;1-5简要概述物联网的框架结构;答：物联网可以简要分为核心层、接入层,软件核心层主要是应用服务层,硬件接入层包括网络传输层和感知控制层;感知控制层一般包括RFID感应器、传感器网关、接入网关、RFID标签、传感器节点、智能终端等,网络传输层包括无线传感器网络、移动通信网络、互联网、信息中心、网管中心等；软件应用服务层是为了管理、维护物联网以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和;1-6分析物联网的关键技术和应用难点;答：关键技术为RFID、无线网络技术、传感技术、人工智能技术;应用难点在于其技术标准问题、数据安全问题、IP地址问题、终端问题;1-7举例说明物联网的应用领域及前景;答：物联网应用领域很广,几乎可以包含各行各业;目前在环境保护、社区服务、商务金融等方面,例如“移动支付”、“移动购物”、“手机钱包”、“手机银行”、“电子机票”等,前景广阔可观,应用潜力巨大,无论是服务经济市场,还是国家战略需要,物联网都能占据重要地位; 2-4 条形码分为几种请简要说明每种条形码的特点;答：条形码可以有一维的,还有二维条形码,黑条和空白的排列就代表了商品的产品属性等特征信息,在EPC条形码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码,称为二维条码2-dimensional bar code,可直接显示英文、中文、数字、符号、图形；存储数据量大,可存放1k字符,可用扫描仪直接读取内容,无需另接数据库；保密性高可加密；安全级别最高时,损污50%仍可读取完整信息;2-5 RFID系统基本组成部分有哪些答：RFID系统主要由应答器、阅读器和高层组成;其中应答器是集成电路芯片形式,而集成芯片又根据它的封装不同表现的形式也不太一样;阅读器用于产生射频载波完成与应答器之间的信息交互的功能;高层功能是信息的管理和决策系统;2-6应答器的组成;答：应答器的基本是由天线、编/解码器、电源、解调器、存储器,控制器以及负载电路组成;从应答器传送信息到阅读器,状态数据在CPU的控制下,从存储器中取出经过编码器和负载调制单元发送到阅读器2-7 RFID产品的基本衡量参数有哪些答：RFID产品的基本衡量参数有工作频率、读取距离、读写速度、方向性、采用通信接口协议;2-8 简述天线的工作原理;答：天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置,是电路与空间的界面器件,用来实现导行波与自由空间波能量的转化,在电磁能量的转换过程中,完成信息的交互;2-10 请说出RFID天线主要分为哪几种每种的特点如何答：RFID天线主要分为近场天线、远场天线、偶极子天线、微带贴片天线和电感耦合射频天线等;近场天线系统工作在天线的近场,标签所需的能量都是通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射近场获得,工作方式为电感耦合;对于超高频和微波频段,远场天线要为标签提供能量或唤醒有源标签,工作距离较远,一般位于读写器天线的远场;偶极子天线也称为对称振子天线,由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成;信号从中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布,这种电流分布就会在天线周围空间激发起电磁场;微带贴片天线通常是由金属贴片贴在接地平面上的一片薄层,微带贴片天线质量轻、体积小、剖面薄3-1传感器的定义是什么它们是如何分类的答：传感器是一种能把特定的被测信号,按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置,以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求;根据不同的分类方式,有不同的分类;3-3传感器的动态特性、基本概念及主要性能指标的含意是什么答：传感器的动态特性,是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性;3-4传感器的主要特性有哪些答：主要分为静态特性和动态特性;衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等;3-6什么叫传感器由哪几部分组成它们的作用与相互关系怎样答：传感器由两个基本元件组成：敏感元件与转换元件;具体由下图所示：3-10什么叫绝对湿度和相对湿度答：相对湿度,指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比;绝对湿度指的是大气中水汽的密度,即单位大气中所含水汽的质量;3-12超声波传感器的基本原理是什么超声波探头有哪几种结构形式答：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器;超声波振动频率高于可听声波;由换能晶片在电压的激励下,发生振动能产生超声波;超声波对液体、固体的穿透能力强,在不透明的固体中它可穿透几十米的深度;超声波碰到杂质或分界面,会发生显著反射,形成反射成回波碰到活动物体能产生多普勒效应;超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波也可以接收超声波;小功率超声探头多用来探测;它有许多不同的结构,可分直探头、斜探头、表面波探头、兰姆波探头、双探头等;3-14温度传感器是怎么分类的答：水分子具有较大的电偶极矩;在氢原子附近有极大的正电场,因而它具有很大的电子亲和力,使得水分子易于吸附在固体表面并渗透到固体内部;利用水分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器;而把与水分子亲和力无关的湿度传感器,称为非水分子亲和力型传感器;3-16什么是气体的湿度什么叫露点答：大气的干湿程度通常用绝对湿度和相对湿度来表示;露点：降低温度可使未饱和水汽变成饱和水汽;3-17电容式湿度传感器的工作原理是什么有什么特点使用时应注意什么问题答：电容式湿度传感器的敏感元件为湿敏电容,主要材料一般为高分子聚合物、金属氧化物;这些材料对水分子有较强的吸附能力,吸附水分的多少随环境湿度而变化;由于水分子有较大的电偶极矩,吸水后材料的电容率发生变化;电容器的电容值也就发生变化;同样,把电容值的变化转变为电信号,就可以对湿度进行监测;3-18超声波的基本特性答：它具有频率高、波长短、绕射现象小的特点,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等;3-20从超声波的行进方向来看可分为哪两种基本类型答：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式：横向振荡横波及纵向振荡纵波;3-21气敏传感器的特性答：气敏传感器的特性主要有灵敏度；响应时间；选择性；稳定性；温度特性；湿度特性；电源电压特性;3-23什么是超声波答：低于16Hz 的机械波称为次声波高于2×104Hz 的机械波．称为超声波;4-1传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时,存在哪些现实约束答：传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时,存在以下一些现实约束;1.电源能量有限,传感器节点体积微小,通常携带能量十分有限的电池;由于传感器节点个数多、成本要求低廉、分布区域广,而且部署区域环境复杂,有些区域甚至人员不能到达,所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的;2.通信能力有限无线通信的能量消耗与通信距离的关系为：n E kd 其中,参数n 满足关系2<n <4;n 的取值与很多因素有关;在复杂的通信环境和节点有限通信能力的情况下,如何设计网络通信机制以满足传感器网络的通信需求是传感器网络面临的挑战之一;3.计算和存储能力有限传感器节点是一种微型嵌入式设备,要求它价格低功耗小,这些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱,存储器容量比较小;4-2举例说明无线传感器网络的应用领域;答：传感器网络的应用前景非常广阔,能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理,以及机场、大型工业园区的安全监测等领域;随着传感器网络的深入研究和广泛应用,传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域;4-3传感器节点由哪几部分组成答：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;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；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量,通常采用微型电池;4-4简述无线传感器网络各层协议和平台的功能;答：协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层,与互联网协议栈的五层协议相对应;另外,协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台;这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作,在节点移动的传感器网络中转发数据,并支持多任务和资源共享;各层协议和平台的功能如下：●物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；●数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；●网络层主要负责路由生成与路由选择；●传输层负责数据流的传输控制,是保证通信服务质量的重要部分；●应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；●能量管理平台管理传感器节点如何使用能源,在各个协议层都需要考虑节省能量；●移动管理平台检测并注册传感器节点的移动,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；●任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务;4-5无线传感器网络具有何显著特点答：无线传感器网络具有以下的特点：1.大规模网络2.自组织网络3．多跳路由4.动态性网络5.可靠的网络6.以数据为中心的网络7.应用相关的网络4-6基于距离的定位的方法分为：基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位和基于RSSI的定位等,比较这四种方法的优缺点;答：基于TOA的定位精度高,但要求节点间保持精确的时间同步,因此对传感器节点的硬件和功耗提出了较高的要求;TDOA技术对硬件的要求高,成本和能耗使得该种技术对低能耗的传感器网络提出了挑战;但是TDOA技术测距误差小,有较高的精度;AOA定位不仅能确定节点的坐标,还能提供节点的方位信息;但AOA测距技术易受外界环境影响,且AOA需要额外硬件,在硬件尺寸和功耗上不适用于大规模的传感器网络;在实验环境中RSSI表现出良好的特性,但是在现实环境中,温度、障碍物、传播模式等条件往往都是变化的,使得该技术在实际应用中仍然存在困难;4-7无线传感器网络为什么要使用时间同步机制,时间同步机制的主要性能参数包括哪些答：在无线传感器网络系统中,单个节点的能力非常有限,整个系统所要实现的功能需要网络内所有节点互相配合共同完成;时间同步在无线传感器网络中起着非常重要的作用;在分布式系统中,不同的节点都有自己的本地时钟;由于不同节点的晶体振荡器频率存在偏差,以及温度变化和电磁波干扰等,即使在某个时刻所有节点都达到时间同步,它们的时间也会逐渐出现偏差,而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的一个关键机制;传感器网络应用的多样性导致了对时间同步机制需求的多样性,不可能用一种时间同步机制满足所有的应用要求;传感器网络的时间同步机制的主要性能参数如下：1最大误差2同步期限3同步范围4可用性5效率6代价和体积4-8无线传感器网络的安全研究要解决哪些问题答：无线传感器网络的安全和一般网络安全的出发点是相同的,都要解决如下问题：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4新鲜性问题5认证组播/广播问题6安全管理问题4-9与传统网络的路由协议相比,无线传感器网络的路由协议具有哪些特点答：与传统网络的路由协议相比,无线传感器网络的路由协议具有以下特点：1能量优先;2基于局部拓扑信息;3以数据为中心;4应用相关4-10四种类型的路由协议分别是什么答：从具体应用的角度出发,根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感度不同,将路由协议分为四种类型;四种类型的路由协议分别是：1能量感知路由协议;2基于查询的路由协议;3地理位置路由协议;4可靠的路由协议;4-11在设计无线传感器网络的MAC协议时,需要着重考虑哪几个方面答：在设计无线传感器网络的MAC协议时,需要着重考虑以下几个方面：1节省能量;传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量,而且电池能量通常难以进行补充,为了长时间保证传感器网络的有效工作,MAC协议在满足应用要求的前提下,应尽量节省使用节点的能量;2可扩展性;由于传感器节点数目、节点分布密度等在传感器网络生存过程中不断变化,节点位置也可能移动,还有新节点加入网络的问题,所以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性;MAC协议也应具有可扩展性,以适应这种动态变化的拓扑结构;3网络效率;网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等;4-12在无线传感器网络中可能造成网络能量浪费的主要原因包括哪几方面答：可能造成网络能量浪费的主要原因包括如下几方面：1如果MAC协议采用竞争方式使用共享的无线信道,节点在发送数据的过程中,可能会引起多个节点之间发送的数据产生碰撞;这就需要重传发送的数据,从而消耗节点更多的能量;2节点接收并处理不必要的数据;这种串音over hearing现象造成节点的无线接收模块和处理器模块消耗更多的能量;3节点在不需要发送数据时一直保持对无线信道的空闲侦听idle listening,以便接收可能传输给自己的数据;这种过度的空闲侦听或者没必要的空闲侦听同样会造成节点能量的浪费;4在控制节点之间的信道分配时,如果控制消息过多,也会消耗较多的网络能量;4-13按照采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式可将传感器网络的MAC协议分为哪三类答：按照下列条件分类MAC协议：第一,采用分布式控制还是集中控制；第二,使用单一共享信道还是多个信道；第三,采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式;按照第三种分类方法,将传感器网络的MAC协议分为三类：1采用无线信道的时分复用方式2采用无线信道的随机竞争方式3其他MAC协议,采用频分复用或者码分复用等方式4-14在传感器网络中,为什么要对网络进行拓扑结构控制与优化;答：在传感器网络中,网络的拓扑结构控制与优化有着十分重要的意义,主要表现在以下几个方面：1影响整个网络的生存时间;2减小节点间通信干扰,提高网络通信效率;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;4-15传感器网络拓扑控制主要研究的问题是什么答：传感器网络拓扑控制主要研究的问题是：在满足网络覆盖度和连通度的前提下,通过功率控制和骨干网节点选择,剔除节点之间不必要的通信链路,形成一个数据转发的优化网络结构;具体地讲,传感器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为两类：节点功率控制和层次型拓扑结构组织;功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率,在满足网络连通度的前提下,均衡节点的单跳可达邻居数目;层次型拓扑控制利用分簇机制,让一些节点作为簇头节点,由簇头节点形成一个处理并转发数据的骨干网,其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块,进入休眠状态以节省能量;4-16 LR-WPAN具有哪些特点答：低速WPANLR-WPAN是按照IEEE 802.15.4标准,为近距离联网设计的;IEEE 802.15.4标准包括工业监控和组网、办公和家庭自动化与控制、库存管理、人机接口装置以及无线传感器网络等;网络具有如下特点：●实现250kbit/s,40kbit/s,20kbit/s三种传输速率;●支持星形或者点对点两种网络拓扑结构;●具有16位短地址或者64位扩展地址;●支持冲突避免载波多路侦听技术carrier sense multiple access with collisionavoidance,CSMA-CA;●用于可靠传输的全应答协议;●低功耗;●能量检测Energy Detection, ED;●链路质量指示Link Quality Indication,LQI;●在2450MHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道;4-18简述ZigBee协议与IEEE 802.15.4标准的联系与区别;答：IEEE 802.15.4仅定义了物理层和MAC层的规范;基于IEEE 802.15.4标准的ZigBee 技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术;ZigBee 协议栈建立在IEEE 802.15.4的PHY层和MAC子层规范之上;它实现了网络层和应用层;IEEE 802.15.4标准有IEEE负责制定,而ZigBee协议由ZigBee联盟制定;4-19数据融合具有哪些显著特点;答：数据融合具有如下4个显著特点：1信息的冗余性：同一个信号可能被不同传感器捕获,去除不必要的重复信息；2信息的互补性：一种传感器捕获一种特征,多种特征的结合将获得更全面信息；3信息处理的及时性：多传感器的并行采集与处理；4信息处理的低成本性：为获得准确信息,可用多种廉价的传感器协作来代替单个功能强大但高价的传感器;。