2026年高职(物联网应用技术)无线传感组网试题及答案

2026年高职(物联网应用技术)无线传感组网试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在无线传感器网络中，负责将传感器节点采集的数据通过多跳方式传输至汇聚节点的网络拓扑结构是（）。A.星型拓扑B.网状拓扑C.总线型拓扑D.环型拓扑答案：B2.ZigBee协议栈中，负责设备发现、加入网络、安全管理等功能的是（）。A.物理层（PHY）B.介质访问控制层（MAC）C.网络层（NWK）D.应用层（APL）答案：C3.下列无线通信技术中，典型功耗最低，最适用于由电池供电、需要长期工作的无线传感网络的是（）。A.Wi-Fi(IEEE802.11)B.蓝牙（Bluetooth）C.ZigBee(IEEE802.15.4)D.LoRa答案：C4.在无线传感器网络路由协议中，GPSR协议属于（）。A.基于地理位置的路由协议B.基于分簇的路由协议C.基于洪泛的路由协议D.基于协商的路由协议答案：A5.下列哪项不是无线传感器网络MAC层协议设计的主要目标？（）A.降低能耗B.提高网络吞吐量C.实现节点间的精确时间同步D.减少数据包冲突答案：C6.在LoRaWAN网络中，ClassA类设备的特点是（）。A.支持双向实时通信，功耗最高B.在预设的接收窗口外，还额外增加了大量接收窗口C.具有固定的接收时隙，功耗较低D.仅在发送数据后短暂打开两个接收窗口，功耗最低答案：D7.无线传感器节点中，将模拟传感器信号转换为数字信号的模块是（）。A.处理器B.存储器C.射频模块D.模数转换器（ADC）答案：D8.用于评估无线传感器网络生命周期最关键的指标通常是（）。A.网络带宽B.节点处理速度C.节点能量消耗D.网络覆盖范围答案：C9.在ZigBee网络中，可以担任网络协调器，负责启动网络、分配网络地址的设备类型是（）。A.精简功能设备（RFD）B.全功能设备（FFD）C.只能作为终端设备D.路由器和终端设备均可答案：B10.下列传感器中，属于有源传感器的是（）。A.热电偶B.光敏电阻C.压电式加速度传感器D.霍尔传感器答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分，全部选对得满分，漏选得1分，错选或不选得0分）1.无线传感器网络的关键技术包括（）。A.网络拓扑控制B.路由协议C.MAC协议D.时间同步与定位技术E.数据融合与安全技术答案：A,B,C,D,E2.下列属于无线传感器网络特点的是（）。A.自组织性B.动态拓扑C.以数据为中心D.计算与存储资源丰富E.能量受限答案：A,B,C,E3.以下关于IEEE802.15.4标准的描述，正确的有（）。A.定义了物理层和MAC层规范B.工作频段包括2.4GHz、868MHz和915MHzC.是ZigBee技术的底层基础D.其MAC层采用CSMA/CA机制避免冲突E.数据传输速率可达11Mbps答案：A,B,C,D4.在无线传感器网络的数据融合技术中，其主要作用体现在（）。A.减少网络内的数据通信量，节省能量B.提高信息的准确性和全面性C.提高数据采集的频率D.增强网络的鲁棒性E.降低对单个传感器精度的要求答案：A,B,D,E5.下列可能造成无线传感器网络通信链路不稳定的因素有（）。A.节点能量耗尽B.环境电磁干扰C.节点移动或失效D.多径效应和阴影衰落E.节点处理器性能不足答案：A,B,C,D三、填空题（每空1分，共15分）1.无线传感器网络通常由传感器节点、______和任务管理节点三部分组成。答案：汇聚节点（或Sink节点）2.在ZigBee网络设备中，不具备路由功能，只能与父节点通信的简单设备称为______。答案：精简功能设备（RFD）3.无线传感器网络的路由协议按结构可分为平面路由协议和______路由协议两大类。答案：分层（或分簇）4.LoRa技术采用______扩频调制技术，具有极强的抗干扰能力和远距离通信能力。答案：chirpspreadspectrum(CSS)或线性调频扩频5.MAC协议中的S-MAC协议通过采用______、消息传递和流量自适应监听机制来降低能耗。答案：周期性睡眠/监听（或占空比机制）6.无线传感器网络的定位技术中，基于测量信号到达时间（TOA）的方法，需要节点间具有严格的______同步。答案：时间7.在TinyOS操作系统中，其程序模型采用基于组件的架构和______驱动执行模型。答案：事件8.一个完整的无线传感器节点硬件通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和______模块构成。答案：能量供应（或电源）9.无线传感器网络安全威胁中，一种攻击者通过发送大量无效数据包耗尽节点能量的攻击方式称为______攻击。答案：拒绝服务（DoS）或耗尽攻击10.NB-IoT作为蜂窝物联网技术，其三大典型特性是广覆盖、______和低功耗。答案：大连接（或海量连接）11.在部署无线传感器网络时，为了用最少的节点覆盖目标区域，常需要研究______问题。答案：节点覆盖12.数据融合的三个常见层次是数据级融合、______和决策级融合。答案：特征级融合13.在LEACH分簇路由协议中，簇头节点负责收集簇内成员的数据并进行______，再发送给汇聚节点。答案：融合（或聚合）14.用于描述传感器节点从休眠状态转换到正常工作状态所需时间的参数是______。答案：唤醒时间15.在评估无线传感器网络性能时，______是指从源节点发出数据包到目的节点成功接收所经历的平均时间。答案：平均端到端时延四、简答题（共30分）1.（封闭型，5分）简述无线传感器网络中“以数据为中心”的含义。答案：“以数据为中心”是指无线传感器网络关注的是监测区域内的感知数据本身，而非数据来自哪个具体的传感器节点。用户向网络提交查询请求时，是基于感兴趣的数据属性或事件（如“温度高于30℃的区域”），而不是某个特定节点的地址。网络需要能够高效地按数据属性进行路由、存储和查询。2.（封闭型，5分）请列举并简要说明三种常见的无线传感器网络拓扑控制技术及其目标。答案：（1）功率控制：通过动态调整节点的发射功率，在保证网络连通性的前提下，减少节点的能量消耗和信号干扰。目标：节能和降低干扰。（2）层次型拓扑控制（分簇）：将节点划分为簇，每个簇有一个簇头。普通节点与簇头通信，簇头负责数据融合并与汇聚节点通信。目标：减少通信距离、优化能耗、便于数据融合和管理。（3）睡眠调度：让网络中部分节点周期性地进入休眠状态，而由活动节点维持网络连通和覆盖。目标：均衡网络能耗，延长网络生命周期。3.（开放型，10分）比较分析ZigBee和LoRa两种低功耗广域网（LPWAN）技术在物联网应用中的优缺点及典型适用场景。答案：ZigBee：优点：①基于IEEE802.15.4标准，技术成熟，协议栈完整；②支持自组织多跳网状网络，网络容量大（理论上可达65000个节点），覆盖范围可通过多跳扩展；③数据传输速率相对较高（250kbps@2.4GHz），适合中等数据速率和低延迟应用；④支持复杂的设备管理和控制。缺点：①单跳通信距离短（通常10-100米室内）；②多跳网络需要路由维护，增加复杂性和部分节点能耗。典型场景：智能家居（如灯光、安防控制）、工业监控（如设备状态监测）、楼宇自动化等需要中等数据速率、低延迟和复杂网络控制的区域网应用。LoRa：优点：①基于CSS扩频技术，通信距离极远（城镇可达2-5公里，郊区可达15公里以上）；②接收灵敏度高，穿透能力强；③基于LoRaWAN协议，网络结构简单（星型），终端节点直接与网关通信，易于部署和管理；④极低的功耗，非常适合电池供电的长期工作设备。缺点：①数据传输速率非常低（0.3-50kbps）；②不支持网状网络，覆盖依赖网关部署密度；③协议相对简单，不适合需要频繁双向通信或复杂指令控制的应用。典型场景：智慧城市（如智能抄表、停车位检测）、环境监测（如温湿度、水质）、农业物联网（如土壤墒情监测）、资产追踪等需要远距离、小数据量、超低功耗上传数据的广域覆盖应用。4.（封闭型，10分）详细阐述无线传感器网络路由协议设计中面临的主要挑战，并说明针对“能量高效”这一挑战的两种常见设计思路。答案：主要挑战：①能量受限：节点通常由电池供电，能量有限且难以补充，路由协议必须尽可能高效节能。②动态拓扑：节点可能因能量耗尽、环境因素或移动而失效或加入，网络拓扑结构动态变化。③以数据为中心：查询和路由通常基于数据属性，而非固定地址。④大规模部署：节点数量多，难以进行全局寻址和维护复杂路由表。⑤应用相关性强：不同应用（如事件驱动型、连续监测型）对路由协议的要求差异大。针对“能量高效”的两种设计思路：①基于数据融合的路由：在数据传输过程中，中间节点（如分簇协议中的簇头）对来自多个源节点的相关数据进行聚合、去冗余处理，再将融合后的精简数据发送给下一跳或汇聚节点。这显著减少了网络中传输的数据包总量，从而节省了通信能耗。例如LEACH协议。②基于休眠调度的路由：协议设计时考虑节点的休眠机制。通过让非关键路径上的节点或冗余覆盖节点周期性地进入低功耗休眠状态，只保留必要的活动节点维持网络连通和数据转发。这平衡了网络负载，避免了部分节点因持续工作而过早耗尽能量，从而延长了整个网络的生命周期。例如SPEED协议中可结合休眠机制。五、应用题（共20分）1.（计算类，10分）某个基于ZigBee的无线温湿度监测网络，采用两节5号碱性电池（总容量约3000mAh，电压3V）为节点供电。已知节点在工作周期中：每5分钟采集并发送一次数据包，发送状态电流为35mA，持续时间为50ms；数据发送完毕后，处理器和射频模块进入深度睡眠，睡眠电流为5μA；数据采集及处理阶段的平均电流为5mA，持续时间为100ms。忽略其他状态和转换能耗。请计算：（1）节点一个完整工作周期的平均工作电流（单位：mA，保留三位小数）。（2）该节点理论上的持续工作时间（单位：天，保留一位小数）。答案：（1）计算一个周期（T=5分钟=300秒）内各阶段耗电量：发送阶段耗电量：Q1=I1*t1=35mA*0.05s=1.75mAs采集处理阶段耗电量：Q2=I2*t2=5mA*0.1s=0.5mAs睡眠阶段耗电量：睡眠时间t_sleep=T-t1-t2=300-0.05-0.1=299.85sQ3=I3*t_sleep=0.005mA*299.85s≈1.49925mAs一个周期总耗电量：Q_cycle=Q1+Q2+Q3=1.75+0.5+1.49925=3.74925mAs平均工作电流：I_avg=Q_cycle/T=3.74925mAs/300s≈0.0124975mA≈0.012mA（2）计算持续工作时间：电池总容量Q_total=3000mAh=3000*3600mAs=10,800,000mAs可工作的周期数N=Q_total/Q_cycle=10,800,000mAs/3.74925mAs≈2,880,460个周期总工作时间t_total=N*T=2,880,460*300s=864,138,000秒换算成天数：t_total_day=864,138,000/(24*3600)≈10001.6天≈10001.6天2.（分析综合类，10分）现需为一个大型智慧农业园区部署无线传感器网络，用于监测土壤墒情（湿度）和温度，监测区域为长2公里、宽1公里的矩形农田。要求数据每小时上报一次至园区监控中心，网络需具备低功耗、长寿命特性。现有两种技术方案备选：方案A采用多跳ZigBee网状网络；方案B采用LoRa星型网络。请结合本应用场景的具体需求，从网络拓扑与覆盖、能耗与寿命、数据特性匹配、部署与维护成本四个方面对两种方案进行对比分析，并给出你的优选方案及理由。答案：对比分析：1.网络拓扑与覆盖：方案A（ZigBee）：采用多跳网状网络。在2km×1km的广阔区域内，单个ZigBee节点通信距离有限（通常<100m），需要部署大量节点并通过多跳中继来实现区域覆盖和数据回传。网络结构复杂，需要合理规划路由。方案B（LoRa）：采用星型网络。单个LoRa网关的通信半径轻松覆盖数公里（假设园区中心或高地部署1-2个网关即可覆盖大部分甚至全部区域）。传感器节点直接与网关通信，拓扑简单。2.能耗与寿命：方案A：多跳通信中，靠近汇聚点的中继节点需要转发大量其他节点的数据，负载重、能耗大，容易成为网络瓶颈而过早死亡，影响网络整体寿命。虽然单个节点功耗低，但网络寿命受限于关键路径上的节点。方案B：星型结构下，每个节点独立与网关通信，无中继负担。LoRa技术本身具有极低的功耗（尤其是ClassA设备），且每小时上报一次属于极低频率，节点绝大部分时间处于深度睡眠。从单个节点和整体网络看，都