无线传感器网络作业

无线传感器作业

1.1：传感器网络节点使用的限制因素有哪些？

1.电源能量有限传感器节点体积微小通常只携带能量十分有限的电池。

2.通信能力有限

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，要求他价格低功耗小，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。

1.2：网络传感器有哪些特点？

1.自组织性

2.数据为中心

3.应用相关性

4.动态性

5.网络规模

6.可靠性

2.1：按照节点功能和结构层次划分，将传感器网络的结构有哪几种？各有什么特点？

答：

1.平面网络结构拓扑结构简单，易维护具有较好的健壮性事实上就是一种，a d h o c网络

结构的形成。由于没有中心管理节点，故采用自组织协同算法组成网络，其组网算法比较复杂。

2.分级网络结构：网络拓扑结构扩展性好，便于集中管理，可以降低系统的建设成本，提

高网络覆盖率和可靠性。

3.混合网络结构：同级网络结构相比较，支持功能更强大，但所需要的硬件成本更高。

4.m e s h网络结构：由无线节点构成网络，按mes h拓扑结构部署，网内有个节点至少

可以和一个其他节点通信支持多跳路由，功耗限制和移动性取决于节点类型及应用的特点，存在多种网络接入方式。

2.2：传感器半径r，被监测区域面积为A，要求达到概率为p的覆盖率，确定传感器数目。

3.1：WSN数据链路层中的媒体访问控制和误差控制的基本思想是什么？

媒体访问控制：①对于感知区域内密集布置节点的多跳无线通信，需要建立数据通信链路以获得基本的网络基础设施。②为了使无线传感器节点公平有效的共享通信资源，需要对共享媒体的访问进行管理。

误差控制：一般基于ARQ的误差控制，主要采用重新传送发费和管理发费。具有低复杂的编码与解码方式的简单误差控制码可能是无线传感器网络中误差控制的最佳解决方案。

3.2:传输层中的Event-to-sink传输和Sink-to-Sensors传说的基本思想是什么？

Event-to-sink

由于无线传感网络中存在大量的数据流，Sink节点需要获得一定精度，Event-to-sink的可靠度是必要的，包括了事件特征到Sink’节点的可靠通信，而不是针对区域内各节点生成的单个传感报告/数据包进行基于数据包的可靠传递。

Sink-to-Sensors

数据流在前向路径上携带了，感知/探测到的相关事件特征，数据流在前向路径上携带了，感知/探测到的相关事件特征，在返回路径上主要包含了sink点为实现可操作性式特定应用而发送的数据，可能包括操作系统二进制码，编程/重新分派设置文件，以及特定应用的队列与命令。

可操作二制码和特定应用的查询与命令的Sink-to-Sensors传输需要更高的可靠度，这种要求包括了一定等级的重新传送和确认机制。

3.3:什么是跨层设计?无线传感器网络为何采用跨层设计？

所谓跨层设计的定义，是针对特定的分层构而言的，一切不符合参考分层通信构的协议设计都被称为跨层设计。

1.不符合分层结构的例子包括创建协议层间新的接口，重新定义协议层的边界，基于另外

一层设计的细来设计一个协议层，以及联合调节跨层参数等。

2.分层结构的破坏也意味着放弃在不同层独立地设计协议的奢望。跨层设计的协议提供了

其他层处理的一些条件。

3.跨层设计被定义为一种协议设计的方法。然而，采用这种方法设计的协议通常被称为跨

层设计。

使用跨层设计的主要原因：

4.无线信道的动态性。

5.无线传感器网络点的能量受限。

6.传统通信系统分成参考模型的弊端。

4.1:为什么wsn需要时间同步?简述tp s n的同步算法的工作原理。

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。不同节点晶体振荡器频率存在偏差，湿度和电磁波干扰也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。

原理：第一段生成层次结构，每个节点都被赋予一个级别，根节点被赋予最高级别第零0级，第i级节点至少能够与一个第(i-1)级的节点通信。第二阶段实现所有的树节点的时间同步，第1级节点同步到根节点，第i级的节点同步到第(i-1)级的一个节点，最终所有节点都同步到根节点，实现整个网络的时间同步。

4.2:为什么wsn需要节点定位?简述ToA，TDOA和DV-HOP 算法的实现过程。

在传感器网络的很多应用问题中，没有点位置信息的监测数据往往是没有意义的，定位信息除了用来报告事件发生的地点之外，还可用于目标跟踪，目标轨迹预测，协助路由和网络拓扑管理。

TOA机制是已知信号的传播速度，根据信号的传播时间来计算点间距离。

TDOA发射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信号到达的时间差以及这两信号的传播速度，计算两点之间的距离。

DV-hop算法决了低锚点密度引发的问题，它根据矢量路由协议的原理在全国范围内广播跳数和位置。

4.3:如何评价一种传感器网络定位系统的性能?

衡量定位性能有多个指标，除了一般性的位置精度指标以外，对于资源受到限制的传感器网络，还有覆盖范围、刷新速度和功耗等其他指标。

4.4:什么是数据融合?它在传感器网络中的主要作用是什么？

数据融合也被称作信息融合，是一种多源信息处理技术。通过对来自同一目标的多源数据行优化合成，获得比单一信息更准确，完整的估计式判断。

作用：①提高信息的准确性和全面性，与单个传感器相比，多传感器的数据融合全处理可以获得有关周围环境的更准确，全面的信息。②降低信息的不确定性，一组相似的传感器采集的信息存在着明显的互补性，这种互补性经过适当处理后，可以对单一传感器的正确性及其测试范围的局限性行补偿。③提高系统的可靠性，某个或某几个传感器失效系统正常运行。④增加系统的实时性。

4.5:简述节能策略和休眠机制的实现思想。

目前人们采用的节能策略主要由休眠机制、数据融合等，他们应用计算机单元和通信单元的各个环。

休眠机制的主要思想是，在节点周围没有其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。

通过休眠实现能的策略主要体现在以下几个方面：

①硬件支持：目前很多处理器，都支持对工作电压和工作频率的调，为处理单

元的休眠提供了有力的支持。

②采用休眠期的网络协议。

③专门的点功率管理机制。1.动态电源管理。2.动态电压调。

5.1简述S-MAC协议的基本内容。

S-MAC协议是在802.11MAC协议的基础上，针对传感器网络的节省能量的需求而提出。S-MAC 协议采用了以下机制：①周期性监听和睡眠②流量自适应侦听机制③串音避免④消息传递

5.2分布式协调功能（DCF）和集中式协调功能（PCF）的基本内容是什么？

DCF是IEEE 802.11的MAC层的基本访问控制机制，提供了异步数据服务，DCF是基于CSNA/CA的，它包括两种介质访问机制机，即基本访问机制和RTS/CTS机制，同时，由于采用了退避规程。实现了信道的良好利用率和数据的可靠传输。

PCF通过集中协调器控制下的轮询和应答机制来提供无竞争的帧传输。

5.3DCF和PCF机制的局限性有哪些？

DCF的局限性：由于DCF机制仅仅支持尽力而为的服务，没有基于数据流的区分和优先级的规定。因此对于如为V0IP电话视频会议等需要特定的带宽延迟和抖动的实施业务不太适用。

PCF的局限性：①中心轮询的方案有疑问，在同BBS中，两个无线站点间所有的通信都必须通过aAP②CP和CFP合作模式会导致不可预知的信标延迟。③被轮询的无线站点的传输时间是难以控制的。

6.1低速无线个域网具有哪些特点？

①在不同载波频率下实现20kb/s，40kb/s和5 0kb/s ，3种不同的传输速率。

②支持星型和点对点两种网络拓扑结构。

③有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址。

④支持冲突避免的载波多路侦听技术。

⑤支持确认机制保证了传输的可靠性。

6.2 ZiggBee的技术特点有哪些？

①数据传输速率低，数据率只有10kb/s到250kb/s，专注于低速传输的应用。

②有效范围小，有效覆盖范围在10m到75m之间。

③工作频率灵活。

④省电，由于工作周期很短说发信息功耗低，以及采用休眠模式。

⑤可靠，采用了防碰撞机制。

⑥成本低，由于数据传输速率低，并且协议简单，因此降低了成本。

⑦时延短，针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和以休眠状态激活的时间

都非常短。

⑧网络容量大，一个ZiggBee网络可容量容纳多达254个从设备和一个主设

备。

⑨安全，ZiggBee提供了数据完整性检查和认证功能。

7.1 WSN的路由协议有哪些，设计要求是什么？

WSN的路由协议包括：平面路由协议，层次路由协议，能量感知路由，基于查询的路由，地理位置的路由和可靠路由协议。

设计无线传感器网络的路由协议要考虑的因素很多，大致分为以下两种类型。

①网络特征：无线传感器网络具有与众不同的特征，因此在路由协议设计时主要应考虑能量

损耗，节点部署和网络拓扑变化。

②数据传输特征：无线传感器网络的数据采集和传输要求与其他网络不同，因此设计

路由协议时也需要加以区别，主要考虑数据传输方式，无线传输手段以及数据融合技术等。

7.2简述Floding和Grossing协议的基本内容。

Floding（洪泛路由协议）协议是一种最早的路由协议，接收到消息的节点以广播的形式转发报文给所有的邻居节点。

Grossing（闲聊法）是Floding协议的改进版，某一节点发送数据时不再像洪泛法那样给它的每个邻居节点都发送数据到副本，而是随机选择某个邻居节点向他发送一份数据副本。

7.3简述能量感知路由的基本原理。

能量感知路由协议从数据传输中的能量消耗出发，讨论最优的能量消耗路径。根据节点的可用能量或传输路径上链路的能量需求，选择数据的转发路径。