无线传感器网络试卷B

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中国矿业大学2012-2013学年第一学期

《无线传感器网络》试卷（B卷）（考试时间：100分钟 闭卷）
班级： 姓名： 序号： 成绩：

注意：请把所有试题的答案填写在后面的答题纸上，否则成绩无效。
一、填空题（每空1分，共18分）
1. 无线传感器网络的组成模块分为：通信模块、 （1） 、计算模块、 （2） 和

电源模块。
2. 无线通信的能量消耗与通信距离的关系符合公式： （3） 。
3. 传感器网络的支撑技术包括： （4） 、 （5） 、数据融合、 （6） 、 （7） 。
4. 传感器一般由 （8） 、 （9） 和基本转换电路组成。
5. 传感器节点的能耗主要集中在 （10） 模块。
6. 传感器网络中常用的测距方法有：（11） 、到达时间/到达时间差(ToA/TDoA)、
（12） 。
7.根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为以下三类：（13） 、特征级
融合、 （14） 。
8. 对传感器网络物理层的攻击主要有：（15） 、 （16） 。
9. ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑结构：
星型(Star)结构、（17） 、 （18） 。

二、名词解释（每小题2分，共16分）
1.信标节点：
2.网络连接度：
3.基础设施：
4.zigbee：
5.跳数：
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6.到达角度：
7. 视线关系(Line of Sight, LoS)：
8.红外传感器：

三、简答题（每小题5分，共30分）
1． 传感器网络有哪些限制条件？

2． 传感器的概念是什么?
3． 简述传感器灵敏度的度量方法。
4． 无线传感器网络的路由协议的概念？
5． 什么是数据融合技术，它在传感器网络中的作用是什么？
6． 简述传感器网络休眠机制的过程和目的。

四、问答题（每小题12分，共36分）
1. 画出传感器网络两种结构示意图，分别说明他们的工作方式和各自的优缺点。
2. 简述质心定位算法的步骤，和相应的理论依据。
3. 描述TDoA测距机制的工作原理。

2012-2013学年第二学期
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《无线传感器网络》试卷（B卷）答题纸
班级： 姓名： 序号： 成绩：

题号 一 二 三 四 总分
分值
18 16 30 36
得分
阅卷人

一、填空题（每空1分，共18分）
1. （1）传感模块 （2）存储模块

2. （3）E=k*dn
3. （4）定位技术 （5）时间同步 （6）能量管理 （7）安全机制
4. （8）敏感原件 （9）转换原件
5. （10）通信
6. （11）接收信号强度指示(RSSI) （12）到达角(AoA)
7. （13）数据级融合 （14）决策级融合
8. （15）隔离入侵者能力 （16）消灭入侵者的能力
9. （17）网状(Mesh)结构 （18）簇树型(Cluster Tree)结构

二、名词解释（每小题2分，共16分）
1. 锚点

通过其它方式预先获得位置坐标的节点
2. 网络连接度：
网络连接度是所有节点的邻居数目的平均值，它反映了传感器配置的密集程度。
3. 基础设施：
协助传感器节点定位的已知自身位置的固定设备，如卫星、基站等。
4. zigbee：
ZigBee技术是一种面向自动化和无线控制的低速率、低功耗、低价格的无线网络方案。
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5.跳数：
两个节点之间间隔的跳段总数，称为这两个节点间的跳数。
6.到达角度：
指两个相互通信的节点通过测量方式来估计出彼此之间的距离或角度。
7.视线关系：
如果传感器网络的两个节点之间没有障碍物，能够实现直接通信，则这两个节点
间存在视线关系。
8. 红外传感器：
红外传感器是一种能够感应目标辐射的红外线，并将其转换成电信号的装置。

三、简答题（每小题5分，共30分）
1． 传感器网络有哪些限制条件？

答：（1）电源能量有限（2）通信能力受限（3）计算和存储能力受限
2． 传感器的概念是什么?
答：能够把特定的被测量信息按照一定的规律转换成某种可用信号的器件或者装
置，我们把它称为传感器。
3． 简述传感器灵敏度的度量方法。
答：线性传感器的校准曲线的斜率就是灵敏度，对于非线性传感器的灵敏度，它
的数值是最小二乘法求出的拟合直线斜率。
k=输出变化量/输入变化量
4． 无线传感器网络的路由协议的概念？
答：路由是指选择互联网络从源节点向目的节点传输信息的行为，并且信息至少
通过一个中间节点。它包括两部分功能：1、寻找源节点和目的节点间的优化路径。2、
将数据分组沿着优化路径正确转发。
5． 什么是数据融合技术，它在传感器网络中的作用是什么？
答：数据融合是一种多源信息处理技术，它通过对来自同一目标的多源数据进行
优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。在传感器网络中的作用在
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于：节省整个网络的能量，增强所收集数据的准确性，提高数据收集效率。
6． 简述传感器网络休眠机制的过程和目的。
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。

四、问答题（每小题12分，共36分）
1. 画出传感器网络两种结构示意图，分别说明他们的工作方式和各自的优缺点。

解答：平面结构中所有节点的地位平等，源节点和目的节点之间一般存在多条路
经，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。平面型
的网络结构在节点的组织、路由建立、控制与维持的报文开销上都存在问题，这些开
销会占用很大的带宽。

在分级结构中，传感器网络被划分为多个簇。每个簇由一个簇头和多个簇成员
组成。这些簇头形成了高一级的网络。簇头节点负责簇间数据的转发，簇成员只负
责数据的采集。簇头发送和接收报文的频率要高出普通节点几倍或十几倍，因而要
求可以在簇内运行簇头选择程序来更换簇头。

2. 简述质心定位算法的步骤，和相应的理论依据。
簇

簇内节点 簇头 基站
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解答：在质心定位算法中，锚节点周期性的向临近节点广播分组信息，该信息

包含了锚节点的标识和位置。当某个未知节点接收到来自不同锚点的分组信息数量
超过一个门限之后，就可以计算这些锚点所组成的多边形的质心，作为确定出自身
位置的依据。
假设多边形定点位置的坐标向量表示为(,)Tiiipxy，则这个多边形的质心坐
标为(,)xy，具体的计算公式为

1111(,)(,)nniiiixyXYnn



3. 描述TDoA测距机制的工作原理。
解答：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)。