武汉理工大学期末无线传感网络复习资料

1、无线传感网络复习提纲.填空题。40分1. 无线传感器网络的标准定义是，无线传感网络是大量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 覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。2. 无线网络可以分为 有根底设施网和 无根底设施网：无根底设施网又可以分 为 移动Ad Hoc网络和无线传感器网络。3. 传感器组网的六个特点：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。4. 无线传感网络的拓扑结构，按照其组网形式和方式来看，有集中式、分布式 和混合式。5. 无线传感器网络通常可以分为平面网络结构、分级网络结构、混合网络结构以及Mesh

2、网络结构。6. 从无线网的角度看，传感器网络节点的体系由分层的网络通信协议、网络管 理平台和应用支撑平台3个局部组成。p327. OSI参考模型的七层分别为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络 数据链路层、物理层。8. 在分布式系统中，时间同步涉及到物理时间和逻辑时间另个不同的概念，物 理时间表示人类社会使用的绝对时间，而逻辑时间表达了事件发生的顺序关 系，是一个相对的概念。P539. 无线传感器网络的定位问题的含义是指自组织的网络通过特定的方法提供节点的位置信息，这种自组织的网络的定位可分为节点的自身的定位和目标的 定位，节点的自身定位是确定节点的自身位置的过程，目标定位是确定网络 覆盖区

3、域内的一个事件或者一个目标的坐标的位置。P5810. 位置信息有多种分类的方法，通常位置信息有物理位置和符号位置两大类。物理位置是指目标在特定的坐标系下的位置数值，表示目标的相对或绝对的 位置，符号位置指目标与一个基站或多个基站接近程度的信息，表示目标与 基站之间的联通关系，提供目标大致的所在的范围。P5811. 在多传感器系统中所用到的传感器可以分为有源传感器和无源传感器两种, 有源传感器发射某种形式的信息，然后接收环境和目标对该信息的反射或散 射信息，无源传感器不发射任何形式的信息，完全靠接收环境和目标的辐射 俩形成源信息。P6612. 根据融合前后数据的信息含量讲行分类，可分为无损失融合

4、和有13. 根据融合操作的级别，可分为数据集融合、特征级融合和决14. 节点的故障检测：根据检测过程是否集中进行，节点故障检测可分为集中山故障检测和分布式故障检测两种。P9115. ZigBee主要定义了网络、平安和应皿架层，通常它的网络支持三种拓扑结 构，包括星型结构Star、网状结构Mesh和簇树型结构Cluster Tree 星型网络最常见，可提供很长的电池使用寿命。网状网络可有多条传输路径， 具有较高的可靠性。簇树型网络结合可星型和网状节后的特点，既有较高的 可靠性，有能节省电池电量。16. 蓝牙可以提供点对点和点对多点的无线通信。在基于蓝牙的网络中，所有设 备的地位、都是平等的。17

5、. 按照源节点获取路径的方法来分类，无限传感器网络路由协议可以分为：主 _ 动路由协议、按需路由协议、混合路由协议。按照节点参与通信的方式来分类，可以分为直接通信路由协议、平面路由协议、层次路由协议。按照路由 的发现过程可以分为 以位置信息为中心的路由协议和以数据为中心的路由 协议。18保证QoS的路由协议是指在路由建立时，考虑时延、丢包率等 QoS参数，从 多条可行的路由中选择一条最适合 QoS应用要求的路由。、简述题、简答题。1.现代信息技术与无线传感器网络之间的关系图见 P2 1-2根据传感器的定义，传感网落有实现数据采集、处理和传输的三种功能，而正 对应着现代信息技术的三大根底技术，

6、即传感器技术、电脑技术和通信技术，它 们分别构成了信息系统的“感官、“大脑和神经三个局部。因此，无线传感网 络正是这三种技术的结合，可以构成一个独立的现代信息系统。此外，由定义可 得，传感器、感知对象和用户是传感器网络的三个根本和要素。无线网络是传感器之间、传感器与用户之间最常用的通信方式，用于在传感器和用户之间建立通 信路径。协作式的感知、采集、处理和发布感知信息是传感器网络的根本功能。2观察下面的图，说明传感器节点的能量问题，说说可以采取什么方式节能？由于传感器节点体积微小，通常只携带能量十分有限的电池。如何高效地使 用能量来最大化网络的生命周期是传感器网络应用必须考虑的问题。传感器 节点

7、消耗能量模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。由图可以 看出绝大局部能量消耗在无线通信的模块上面。传感器节点传输信息时要比 执行计算时更消耗电能，在100米距离上传输1比特信息所需要的能量大约 相当于执行3000条计算指令所消耗的能量。无线通信模块存在发送、接收、 空闲和睡眠四种状态。无线通信模块在空闲状态时会一直监听无线信道的使 用情况，检查是否有数据发送给自己，而在睡眠状态那么关闭无线通信模块。 无线通信模块在发送状态的能量消耗最大，在空闲状态和接收状态的能量接 近，略少于发送状态下的能量消耗，在睡眠状态的能量消耗最少。因此，减 少不必要的发送和接收，不需要通信时尽快进入睡眠状态，

8、都可以减少能量 的消耗。3.分级结构的原理，能说明什么问题。分级网络结构，也叫层次网络结构，是无线传感器网络中平面网络结构的一 种扩展拓扑网络，网络层分为上层和下层两局部。上层为中心骨干的节点， 下层为一般传感器节点。通常，网络可能存在一个或者多个骨干节点，骨干 节点之间或者一般传感器节点之间采用的是平面网络结构。具有会聚功能节 点和一般传感器网络节点之间采用的是分级网络结构。所有骨干节点均为对 等结构，骨干节点和一般节点有着不同的功能特性，每个骨干节点均包含相 同的MAC、路由、管理和平安等功能协议，而一般传感器节点一般没有路由、 管理和会聚的功能。这种分级网络通常以簇的形式存在，按照功能分

9、为簇首， 即具有会聚功能的骨干节点，称之为 clusterhead，以及成员节点，即一般传 感器节点，称之为 member。这种网络拓扑结构扩展性好，便于集中管理， 可以降低系统建设的本钱，提高网络覆盖率和可靠性。但是集中管理开销大， 硬件本钱高，一般传感器节点之间可能不能直接通信。艺术馆问题：设想艺术馆的业主需要摆放照相机，防止小偷盗窃。为了实现 这个算法需要答复两个问题：首先，到底需要多少个相机；其次，相机应当 放在什么地方可以保证馆内每一个节点都至少能够被一台相机监测到。假定 相机可以有360度视角并且可以以极大的速度旋转，相机可以监视任意地方, 视线不受影响。问题优化就是要实现所需相机

10、数量的最小化。 在这个问题中， 艺术馆通常被建模成一个二维平面的简单多边形，一个简单的方法就是把多 边形划分成为不重叠的三角形，每个三角形里面放置一个相机。通过三角测 量法可以将多边形分成假设干个三角形，这样可以让任意一个多边形都被分 成n/3个相机所监视到，这里n表示多边形包含的三角形个数。这也是最糟 糕的结果。在上面的图中，放置两个相机足够覆盖整个艺术馆了。5.数据融合的主要方法P71通常，数据融合的大致过程如下，首先将被测对象的输出结果转换为电信号， 然后经过A/D转换形成数字量。接下来，数字电信号经过预处理，滤除数据采 集过程中的干扰和噪声，接着对经过处理后有用的信号进行特征提取， 实

11、现数据 融合，或者直接对信号进行融合处理，最后输出融合结果。A.综合平均法：该方法是把来多个传感器的众多的数据进行综合的平均，适 合同类传感器检测同一目标的情况， 这是最简单最直观的数据融合的方法， 该方 法将一组传感器提供的冗余信息进行加权平均，并将融合的结果作为融合值。假设对一检测目标进行了 K次检测，那么综合平均的结果是：kWiSiS 亠SkWii 1其中Wi为分配给第i次检测的权重。B.卡尔曼滤波法：用于融合低层的实时动态多传感器的冗余数据，该方法利 用测量模型的统计特性，递推地确定数据融合的估计，该估计在统计意义上是最 优的。如果系统可以用一个线性模型来描述，且系统与传感器的误差均值

12、符合高 斯白噪声模型，那么卡尔曼滤波将为数据融合提供唯一统计意义上的最优估计。卡尔曼的滤波特性使得它特别适合在那些不具备大量数据存储能力的系统中使用。 应用卡尔曼滤波后对n个传感器测量数据进行融合后，既可以获得系统当前状态 估计，又可以预报系统未来的状态。对所估计的系统状态可以表示移动机器人的 当前位置、目标位置和速度、从传感器数据中抽样的特征或者实际测量值本身。6.基于测距的定位技术Min-Max定位方法P63锚点：指通过其他的方式预先获得位置坐标的节点，有时也被称作信标节点。多边定位法的浮点运算量大，计算代价高。Min -max定位根据假设干锚点位置和 至待求节点的测距值，创立多个边界框，

13、所有边界框的交集为一矩形，取此矩形 的质心作为待定位节点的坐标。这种定位方法计算简单，后人多以此为根底衍生 出自己的定位方案。3. Min-Max定竝方法务飯楚任法的徉点运算奄天计算代阶高 Min Max 定忖根撫假设十锚点位览和至待求节 点的测距值，创立囊牛边界框所舟边界框的交集为一駆影取此距腦的质心柞曲椅定粒节点 的坐标.这种疟位方法计算简祇*启人筝以此为帛础衍生出A己的定位方秦如图H所示为采用？个鬓勢行罡位的MinM吐方医水例*即以某锚点ti = 2,3> 坐标丄°为呈础期上或减玉测距值 几得到锚点i的边界框兀成° 一汛'X L-r； +盼 仙+乩*图4

14、-T 时irrM祚诜足忡庫理恥佬在所有位量点1>+4*,十出中取最小值,，在:所有寸山中酸章大值*厲愛集矩 为交花矩理mw 工一出t max>-乩厂X丨mint t； + M * ount.v. 4/P > 1P耳牛锚点共同形成 交叉矩形，矩形屢心即为所求点的f占计垃置，7.传感器网络实例P168-P169 8.洪泛路由协议简答/简述洪泛路由协议Flooding Protocol是一种最早的路由协议，接收到消息的节 点以播送的彤式转发报文给所有的邻居节点。源节点S希望发送数据给目的节点 D,首先要通过网络将数据分组传送给它 的一个邻居节点，各个邻居节点又将其传输给各自的邻居节

15、点， 除了刚刚给它们 发送数据分组的节点S外。如此继续下去，直到将数据传输到目标节点 D为止， 或者为该数据所设定的生命期限为 0为止，或者所有节点拥有此数据分组位置。洪泛法的优点和缺点都十分突出，其优点是实现简单，适用于健壮性要求高的场合；其缺点是存在信息爆炸问题、出现局部数据交迭的现象和盲目使用资源等。图7-1洪泛法的信息爆炸问题图7-2洪泛法的信息重叠问题9能量路由计算P195能量路由是最早提出的传感器网络路由机制之一，根据节点的可用能量 (Power Available，PA)或传输路径上链路的能量需求，选择数据的转发路径。节 点可用能量就是节点当前的剩余能量。在如图7-6所示的网络中

16、，源节点是一般功能的传感器节点，完成数据采集工作。会聚节点是数据发送的目标节点。大写字母表示节点，如节点 A，节点右侧 括号内的数字表示节点的可用能量。 图中的双向线表示节点之间的通信链路， 链 路上的数字表示在该链路上发送数据消耗的能量。E(PA=1)F(PA=4)在图中，从源节点到会聚节点的可能路径有 4条。路径1:源节点一BA会聚节点，路径上所有节点 PA之和为4,在该路 径上发送分组需要的能量之和为 3 ；路径2:源节点一C BA会聚节点，路径上所有节点PA之和为6，在该 路径上发送分组需要的能量之和为 6 ；路径3:源节点一D会聚节点，路径上所有节点 PA之和为3,在该路上发 送分组需要的能量之和为4;路径4:源节点一F E会聚节点，路径上所有节点 PA之和为5,在该路 径上发送分组需要的能量之和为 6。能量路由选择策略主要有以下几种：最大可用能量路由、最小能量消耗路由、 最少跳数路由和最大最小PA节点路由。10.无线传感器网络硬件结构及分类简答/简述无线传感器网络中主要涉及三类硬件平台：传感器节点(Sensor Node)、会聚节点(又称基站、网关节点、Sink节点)及管理结点。氛我节A线轴卑户Qat軌区集怙銅节点1 传感器节点传感器节点兼作传统网络的终端和路由器双重功能， 除了进