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填空：2分*10名词解释：1分*10简答：10分*5综合：20分概述无线传感器网络的标准定义：无线传感器网络是大量的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。它的英文是WirelessSensorNetwork，简称WSN。无线传感器网络的任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇用户端，从而达到对目标区域的监测。它综合了计算技术、通信技术及传感器技术，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境信息或被监测对象的信息，这些信息以无线方式传送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算机世界及人类社会三元世界的连通。传感器网络限制条件:电源能量有限通信能力受限计算和存储能力受限。1.短距离无线通信技术的三个重要特征和优势：低成本、低功能和对等通信。2.目前使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时更有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，他们分别是：ZigBee、超宽频(UltraWideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、无线1394和专用无线系统等。3.ZigBee系统采用的是直序扩频技术（DSSS)，使得原来较高的功率、较窄的频率变成较宽的低功率频率，以有效控制噪声，是一种抗干扰能力极强，保密性，可靠性都很高的通信方式。蓝牙系统采用的是跳频扩频技术（FHSS)，这些系统仅在部分时间才会发生使用频率冲突，其他时间则能在彼此相异无干扰的频道中运作。ZigBee系统是非跳频系统，所以蓝牙在多次通信中才可能有一次会和ZigBee的通信频率产生重叠，且将会迅速跳至另一个频率。4.ZigBee技术特点主要包括：①数据传输速率低。只有10kb/s~250kb/s,专注于低传输应用。②功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通五号干电池可使用6个月至2年。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。③低成本。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。④网络容量大。每个ZigBee网络最多可支持255个设备，也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接。⑤有效范围小。有效覆盖范围10~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。⑥工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）915MHz（美国），均为免执照频段。5.无线局域网（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）就是在各工作站和设备之间，不再使用通信电缆，而采用无线的通信方式连接的局域网。一般来讲，凡是采用无线传输媒体的计算机局域网都可以称之为无线局域网。无线局域网采用的传输媒体主要有两种——无线电波和红外线。根据调制方式的不同，无线电波方式又可分为扩展频谱方式和窄带调制方式。扩展频谱方式是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式，它虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性；窄带调制方式是指数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去，与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高，但是通信可靠性较差。而红外线方式的最大优点是不受无线电干扰，且红外线的使用不必受国家无线电管理委员会的限制，但是红外线对非透明物体的透过性较差，传输距离受限。6、传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者。7、传感器网络的基本功能：协作地感知、采集、处理和发布感知信息。8、无线传感器节点的基本功能：采集、处理、控制和通信等。9、无线通信物理层的主要技术包括：介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。10、传感器是将外界信号转换为电信号的装置，传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。11、传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。协议标准IEEE802.15.4标准：IEEE802.15.4是用于低速无线个域网LR-WPAN的物理层和媒体接入控制层的规范，是ZigBee、WirelessHART及MiWi规范的基础。IEEE802.15.4旨在为无线个域网中的通信设备提供一种基本的底层网络，它支持两种网络拓扑，即单跳星状和当通信线路超过10m时的多跳对等拓扑。IEEE802.15.4定义了两个物理层，即2.4GHz频段和868/915MHz频段物理层，其中2.4GHz频段有16个速率为250kbit/s的信道。IEEE802.15.4标准只定义了PHY层和数据链路层的MAC子层。PHY层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee无线可使用的频段有3个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是16、1、10个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。ZigBee标准概要ZigBee是一个协议的名称，这一协议基于IEEE802.15.4标准，其目的是为了适用于低功耗，无线连接的监测和控制系统。这一协议标准由ZigBee联盟维护。IEEE802.15.4是ZigBee协议的底层标准，主要规范了物理层和MAC层的协议，其标准由国际电工学协会IEEE组织制定并推广。ZigBee和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；ZigBee无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。ZigBee技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。ZigBee技术优势：ZigBee无线的传输带宽在20-250KB/s范围，适合传感器数据采集和控制数据的传输；ZigBee无线可以组建大规模网络，网络节点容量达到65535个，具有非常强大的组网优势；ZigBee技术特有的低功耗设计，可以保证电池工作很长时间。ZigBee网络节点类型：Coordinator，Router，EndDevice。ZigBee协议中的两类地址：64位的IEEEMAC地址及16位网络地址。64位的IEEE地址，通常也叫作MAC地址或者扩展地址（Extendedaddress）；16位的网络地址，也叫做逻辑地址（Logicaladdress）或短地址。64位长地址是全球唯一地址，并且终身分配给设备。这个地址可由制造商设定或者在安装的时候设置，是由IEEE来提供；当设备加入ZigBee网络被分配一个短地址，在其所在的网络中是唯一的。这个地址主要用来在网络中辨识设备，数据传输和数据包路由等。ZigBee网络可以实现星状、网状和混合状三种网络拓扑形式。路由Z-Stack采用无线自组网按需平面距离矢量路由协议AODV，建立一个Hoc网络，支持移动节点，链接失败和数据丢失，能够自组织和自修复。当一个Router接受到一个信息包之后，NMK层将会进行以下的工作：首先确认目的地，如果目的地就是这个Router的邻居，信息包将会直接传输给目的设备；否则，Router将会确认和目的地址相应的路由表条目，如果对于目的地址能找到有效的路由表条目，信息包将会被传递到该条目中所存储的下一个hop地址；如果找不到有效的路由表条目，路由探测功能将会被启动，信息包将会被缓存直到发现一个新的路由信息。ZigBeeEndDevice（终端设备）不会执行任何路由函数，它只是简单的将信息传送给前面的可以执行路由功能的父设备。因此，如果EndDevice想发送信息给另外一个EndDevice，在发送信息之间将会启动路由探测功能，找到相应的父路由节点。无线传感器网络的体系结构1无线传感器网络通信体系结构：1物理层2数据链路层3网络层4传输层5应用层2无线传感器网络的协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，还包括能量管理、移动管理和任务管理等平台。物理层主要处理信号的调制，发射和接收。数据链路层主要负责数据流的多路传输，数据帧检测，媒介访问控制和错误控制。网络层主要考虑数据的路由。传输层用于维持给定的数据流。根据不同的应用，应用层上可使用不同的应用软件。信道接入技术CSMA/CA机制:当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在DIF时间内一直空闲，则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。否则执行退避算法。S-MAC(Sensormediumaccesscontrol)协议是在IEEE802.11协议的基础上，针对WSN的能量有效性而提出的专用于WSN的节能MAC协议。S-MAC协议设计的主要目标是减少能量消耗，提供良好的可扩展性。它针对WSN消耗能量的主要环节，采用了以下三方面的技术措施来减少能耗：周期性侦听和休眠消息分割和突发传输避免接收不必要消息1、基于竞争的MAC协议即节点在需要发送数据时采用某种机制随机的使用无线信道，这就要求在设计的时候必须要考虑到如果发送的数据发生冲突，采用何种冲突避免策略来重发，直到所有重要的数据都能成功发送出去。S-MAC协议T-MAC协议基于竞争的MAC协议的显著优点是：协议的简明性和可扩展性。缺点：由于没有像基于预约的MAC协议那样使用某种机制对信道利用情况进行均衡，所以公平性就成为它的一个问题。2、基于固定分配的MAC协议即节点发送数据的时刻和持续时间是按照协议规定的标准来执行，这样以来就避免了冲突，不需要担心数据在信道中发生碰撞所造成的丢包问题。相比随机竞争接入机制，时分复用方式的优点：更能节省能量，因为省去了竞争机制的碰撞重传问题；缺点：它需要严格的时间同步，并且通常用在拓扑结构不变的网络，它不能很好地处理传感器节点移动和节点失效的情况，因此在网络扩展性方面存在严重不足。TDMACDMAFDMASDMA3、基于按需分配的MAC协议即根据节点在网络中所承担数据量的大小来决定其占用信道的时间，目前主要有点协调和无线令牌环控制协议两种方式。路由协议路由协议的作用是寻找一条或多条满足一定条件的，从源节点到目的节点的路径，将数据分组沿着所寻找的路径进行转发，由此可以看出路由协议的功能主要有两个方面：一、搜索满足条件的从源节点到目的节点的优化路径二、转发资料分组无线传感器网络的路由协议特点:①能量优先②基于局部拓扑信息③以数据为中心④应用相关路由协议类型：①以数据为中心的路由协议②基于层次结构（树结构）的路由协议③基于地理信息路由协议④基于多路径的路由协议简单的无结构路由协议：Flooding和Gossiping路由协议在Flooding（泛洪）协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，直到数据包过期或到达目的地。该路由不进行维护网络拓扑和相关路由算法，只负责以广播形式转发数据包，因此效率并不高。该协议具有严重缺陷：内爆(Implosion，节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据)、交叠(Overlap，节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据)、盲目利用资源(节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据)，造成资源的浪费。Gossiping（闲聊）协议是对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，而不是用广播。这种方式避免了以广播形式进行信息传播的能量消耗，节约能量，在一定程度上解决了信息的“内爆”问题，但增加了信息的数据传输平均时延，传输速度变慢，并且无法解决部分交叠现象和盲目利用资源问题。DD(dire