无线传感器期末复习知识点

1.无线传感器节点一般包括那三种组件?无线模块、传感模块、可编程模块2.ZigBEE标准定义了哪几种传输方式？周期数据传输、间歇性数据传输、重复低时延传输3.无线传感器网络概念?是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开，抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。4.传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者5.三种主要的标准化：ZigBEE标准、WirelessHART标准、6LowPAN标准1.无线传感器网络主要在以下6个应用领域得到了迅速发展军事应用.环境应用.医疗应用.家庭应用.工业应用.智慧城市2.简述影响传感网设计的因素有哪些？硬件限制、容错（可靠性）、可扩展性、生产成本、传感网拓扑、操作环境（应用）、传输媒介、能量消耗（生命周期）3.无线传感设备有哪几个基本部件组成的？每个部件的主要作用是什么？传感单元：感应单元具有从外界收集信息的能力。根据观察到的现象，传感器产生模拟信号，然后被ADC转换成数字信号，送入处理单元。处理单元：控制传感器节点执行感知操作、运行相应的算法并控制与其他节点无线通信的整个过程。收发机单元：实现两个传感器节点间的通信。能量单元：为传感器节点的每个部件供电。定位系统：提供传感器节点的物理位置。移动装置：与传感单元协作，完成操作，并由处理单元控制传感器节点的移动。供能装置：热能、动能和振动能量的能源采集技术来产生能量。4.无线传感器网络预部署策略应满足那些需要？减少安装成本、消除任何预组织与预计划的成本、增加组织的灵活性、提升自组织与容错性能5.对于收发机，数据通信功耗模型构成？发射机输出的功率、收发机电子器件消耗的能量6.请写出发射机和接收机简化能量模型的功耗计算公式。nampelectxtxdkekEdk),(EkEkEelecrxrx)(7.若使网络的容错率达到99%，广播半径内需要部署多少传感器节点？假定每个节点有相同的可靠性，前面的等式变为：R(t)=1-[1-R0(t)]n代入f=(1-R0)，0.99=(1–fN)，f=0.1N=28.源节点与Sink节点相距500米，节点的广播半径为10米，那么将1Mbit的数据从源节点传输到Sink节点处，使用能量简化模型需消耗多少能量500meters/10meters=50发送/接收节点对(一个节点发送，一个节点接收)ETx(k,D)=Eelec*k+eamp*k*d2，ETx=50nJ/bit*10-6*103+100pJ/bit/m2.10-9*103*102=0.05J+0.01J=0.06J，ERx(k,D)=Eelec*k，ERx=0.05J，Epair=ETx+ERx=0.11J，EALL=50*Epair=50*0.11=5.5J1.物理层主要任务是什么？物理层能实现哪些功能？任务：将比特流转换成适合在无线信道中传输的信号。功能：①为数据终端设备提供传送数据的通路②传输数据③其他管理工作。2.WSNRF通信的主要技术包括哪些？窄带通信、扩频和超宽带（UWB）技术3.简述窄带通信最不适用于WSN的原因是什么？该技术是以牺牲能量效率来换取宽带效率的。最主要的是随着调制级数的增加，带宽效率缓慢提高但能量效率显著下降。4.简述RF无线通信中，发送端和汇聚节点传播信息的步骤。A信源编码（数据压缩）：在发送端，用信源编码器对信源进行编码，信源编码就是根据信息的统计特性用一些信息位表示信息源，组成源码字。信源编码同时包含了数据压缩。B信道编码（差错控制编码）：信道编码器对源码字进行编码以减少无线信道差错对信源产生的影响，信道编码包括差错控制编码。C交织和调制：经过信道编码的码字进行交织来抑制突发错误，交织技术可以避免大片连续误比特的情况。D无线信道传播：传输波形在信道中传播。5请解释分组码码组参数含义码组（n,k,t),n是分组长度、k是信息长度、t是最大纠错位数。6.简述目前主要的三种调制方法。A幅移键控（ASK）：ASK调制根据将要发送的比特来调制波形的振幅。最简单的ASK调制形式是开关控键（OOK），它在数字1时发送波形而在数字0时不发送波形。B频移键控（FSK）：波形的频率cf随着发送信息比特的变化而变化。根据信号选择频率的不同，可以在汇聚节点把信号检测出来。C相移键控（PSK）：PSK根据发送比特改变波形的相位Ψ(t)。相应地在汇聚节点可以根据接收信号的相位变化将发送比特映射出来。7.简述造成无线信道失真的原因主要有哪几种？衰减Attenuation：信号强度随距离的增加而减弱。反射与折射Reflection/refraction：信号在表面反弹;进入材料。衍射Diffraction：陡峭边缘产生新波形。散射Scattering：粗糙表面的多重反射8对于自动请求重传，采用CRC-16差错监测机制，数据包的有效载荷为l比特，其发送信号的误包率是多少？lbCRCpl)1(1)(PRE9简述IEEE802.15.4网络拓扑结构有哪几种？星状、网状、树状1WSN中，介质访问控制协议分为哪几类？这些方案依赖于哪两种基本的多址接入机制？（1）基于竞争的MAC、基于预留的MAC、包含以上两种方案的混合MAC。（2）载波侦听多址接入（CSMA）和时分多址接入（TDMA）简述WSN中，在通信过程中能耗主要来源于哪些方面？碰撞：在无线信道上，若有两个节点同时发送数据，则这两个发送节点都将发射不成功，会造成能量的大量浪费。持续侦听：在WSN中的接收节点无法预测数据何时到达，另外每个节点还需要侦听各节点的拥塞状况，节点须始终保持侦听状态，以防特殊情况的发生，这里包含了许多没必要的侦听，浪费了许多能量。控制开销：为了保证无线传感器网络的可靠性，MAC层协议需要使用一些控制分组来调节节点状态，这些控制分组中不存在有用的数据，要消耗一部分的能量。什么是载波侦听？什么是虚拟载波侦听？简述载波侦听退避机制工作原理。（1）载波侦听：指节点在特定时隙侦听信道，为接入无线信道的活动做准备。（2）虚拟载波监听(VirtualCarrierSense)：源站将它还要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需时间）在其MAC帧首部字段“持续时间”中填入指示给所有其他站，其他所有站会在这段时间都停止发送数据,大大减少了冲突的机会。（3）一旦当前的传输结束，节点会等待另一个IFS。若信道在此期间保持空闲，则在发送自己的数据包之前，节点会在一系列数值之中随机选择一个作为等待时隙的数目。退避通过定时器执行，每经过一个被称为时隙的特定时间段就会递减退避定时器的计数，节点进入退避周期后，第一个退出退避的节点在时钟计时结束时开始传输。其他终端检测到新的传输并暂停它们的退避计时器直到当前传输完成，在下一个竞争周期中重新开始计时。请图示画出802.11MAC的CSMA/CA源站、目的站点以及其它站点信道访问机制。5.802.11MAC中，无线站点监听时如何判定信道“忙”？为何无线站点监听到信道空闲还要再等待？（1）A：802.11标准规定在物理层的空中接口进行载波监听，通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值来判定是否有其他的无线站点在信道上发送数据。（2）A：此时可能有多个站点都在监听，而其他的站点可能有更高优先级的帧要发送，如其有，就要让高优先级帧先发送（高优先级帧需等待的帧间间隔时间较短，可优先获得发送权，低优先级帧需等待的帧间间隔时间较长，须等待较长时间。SIFSPIFSDIFSEIFS）7.简述使用SIFS帧间间隔的场合？应答ACK帧；应答CTS帧；过长的MAC帧分片后的数据帧；应答AP探询帧；PCF方式中接入点AP发送出的任何帧。什么是隐终端？什么是显终端？无线通信中常用什么方法解决应终端问题以及现终端问题？隐终端是指在接收接点的覆盖范围内而在发送节点的覆盖范围外的节点。显终端是指在发送接点的覆盖范围内而在接收节点的覆盖范围外的节点。CSMA/CA机制简述802.11MAC二进制指数退避方法第i次退避时，在2i+2个时隙中随机选择一个。[例]第1次退避在8个时隙中随机选择一个（以太网第1次冲突后在2个时隙中选）；第2次退避在16个时隙中随机选择一个（以太网那第2次冲突后在4个时隙中选）。……根据该时隙数设置一个退避计时器进行减1计时，当计时器时间减小到0时就开始发送数据。若时间还未减到0信道又变为忙，则冻结该计时值重新等待信道变为空闲、再经过时间DIFS后，继续启动退避计时器（从剩下的时间开始）。这样规定有利于该继续启动计时器的站更早地接入信道中。10.简述无线接入过程有哪几个阶段？(1)扫描阶段、(2)认证阶段、(3)关联阶段简述S-MAC的基本思想。(1)采用周期性睡眠和监听方法减少空闲监听带来的能量损耗。对周期性睡眠和监听的调度进行同步，同步节点采用相同的调度，形成虚拟簇，同时进行周期性睡眠和监听，适合多跳网络。(2)当节点正在发送数据时，根据数据帧特殊字段让每个与此次通信无关的邻居节点进入睡眠状态，减少串扰带来的能量损耗。(3)采用消息传递机制，减少控制数据带来的能量损耗。12.什么是占空比？若某一无线传感器网络节点侦听时间是400ms睡眠时间是1.6s，请计算该节点占空比是多少？占空比=侦听时间/整帧持续时间占空比=1.610400104003--3=0.2=20%14.S-MAC中，节点是如何选择与维护调度的？15.简述S-MAC中自适应侦听基本思想。基本思想是当一个节点在其通信范围内得知相邻的节点要传输数据时就睡眠并记录其传输数据的时间，只有当其相邻的节点传输数据结束后才能醒来一个短暂的时间，这时它可以通过侦听信道查看信道的状态（忙或空闲），判断是否有数据需要传输。简述S-MAC中关键技术有哪些？周期性监听和睡眠、串扰避免、多跳感知、自适应监听消息传递、定性评价17.B-MAC协议基于哪两种机制？低功耗侦听的休眠/唤醒调度机制、空闲信道评估机制CCA机制的主要目的是什么？CCA机制有哪两个阶段组成？简述CCA机制工作原理。区分噪声和信号，准确评估信道活动。噪声基准估计阶段和信号检测阶段。经过传输，节点首先采取一个信道样本来更新噪声基准评估，然后，在传输任何数据包之前，利用几个信道本来确定是否存在异常。如果发现异常，那么假设信道空闲并传输数据包。另一方面，如果没有异常存在，那么信道被判定为忙。低功耗侦听的主要思想是什么？其目标是什么？思想：在发送数据包前发送一个前导码来唤醒目标接收机。目标：可以减少固定占空比协议中的“侦听功耗”。24.简述B-MAC协议的优缺点。优点：1.提供一个有效的载波侦听机制，大部分错误可以被检测；2.噪声基准评估机制使MAC协议能够适应周边环境；3.轻量级协议，占用空间小；4.灵活多变，为上层用户提供各种接口，方便再次开发。缺点：1.没有解决隐终端问题，在高密度流量的网络中无线信道不能充分利用；2.同步前导码过长，在流量负载较高时长生较大开销；3.CCA机制引了入额外的复杂性，也在一定程度上增加了接入时延。25.T-MAC中采用什么方法来解决早睡问题？未来请求发送、满缓冲区优先简述T-MAC满缓冲区优先方法。当节点缓冲区快满时，节点对收到的RTS分组不回复CTS，而是立即向缓冲区内数据的接收节点发送RTS，建立连接之后发送数据，以减轻缓冲区负载。Sift协议的设计目的是什么？N个节点同时监测到一个事件，希望在最短时间内有R个节点(R=N)无冲突发送事件消息。TRAMA协议有哪四个主要阶段构成的？简述每个阶段的功能。邻节点发现：在该阶段，节点需要发现它们的邻节点，这样就能够确定潜在的接收机和发射机。流量信息交换：在该阶段，节点需要告知它们的目标接收机它们的流量信息。时间调度表建立：基于来自邻节点的流量信息，节点确定了在一帧内发送和接收数据包的时隙。然后这些表在节点间互相交换。数据传输：基于已建立的时间调度表信息，节点可以切换到活跃模式并在给定的时隙通信。29.TRAMA协议