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无线传感器网络技术与应用开发习题1第一章一、填空题：1．传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户（观察者）。2．传感器网络的基本功能：协作式的感知、数据采集、数据处理_、发布感知信息_。3．无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信。4．1996年，美国UCLA大学的WilliamJKaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。5．2006年10月，在中国北京，中国计算机学会传感器网络专委会正式成立，标志着中国WSN技术研究开始进入一个新的历史阶段。6．网络中间件完成无线传感器网络接入服务、网络生成服务、网络自愈合服务、网络连通等。7．无线传感器网络的核心关键技术主要包括：组网模式、拓扑控制、媒体访问控制和链路控制、路由、数据转发及跨层设计、QoS保障和可靠性设计、移动控制模型。8．无线传感器网络的关键支撑技术主要包括：网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定信技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等。9．无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络。10．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。二、简答题1．请简述无线传感器网络的定义。答：无线传感器网络可以定义为：无线传感器网络就是部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络的网络系统，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。2．无线传感器网络具有哪些特点？答：无线传感器网络具有许多其鲜明的特点：(1)电源能量有限传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池。(2)通信能量有限传感器网络的通信带宽窄而且经常变化，通信覆盖范围只有几十到几百米。(3)传感器接点的能量、计算能力和存储能力有限(能量、计算存储低、关键在有效简单的路由协议)。(4)网络规模大，分布广传感器网络中的节点分布密集，数量巨大。此外，传感器网络可以分布在很广泛的地理区域。(5)自组织、动态性网络无线传感器网络技术与应用开发习题2在传感器网络应用中，有可能传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，而是通过随机布撒的方式。这就要求传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监控数据的多跳无线网络系统。(6)传感器节点具有数据融合能力，与Mesh网络区别是数据小，移动，重能源。与无线Ad-hoc网络相比数量多、密度大、易受损、拓扑结构频繁、广播式点对多通信、节点能量、计算能力受限。3．无线传感器网络的发展分为哪几个阶段？无线传感器网络的发展分为以下3个阶段：第一阶段：最早可以追溯二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。第二阶段：是二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。第三阶段：21世纪开始至今。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。4．无线传感器网络中间件有如哪几种？答：无线传感器网络中间件有如下几种：(1)网络中间件：完成无线传感器网络接入服务、网络生成服务、网络自愈合服务、网络连通等。(2)配置中间件：完成无线传感器网络的各种配置工作，例如路由配置，拓扑结构的调整等。(3)功能中间件：完成无线传感器网络各种应用业务的共性功能，提供各种功能框架接口。(4)管理中间件：为无线传感器网络应用业务实现各种管理功能，例如目录服务，资源管理、能量管理、生命周期管理。(6)安全中间件：为无线传感器网络应用业务实现各种安全功能，例如安全管理、安全监控、安全审计。5．简述无线传感器网络的节点结构。答：节点同时具有传感、信息处理和进行无线通信及路由的功能。对于不同的应用环境，节点的结构也可能不一样，但它们的基本组成部分是一致的，一个节点通常包含传感器、微处理器、存储器、A/D转换接口、无线发射以及接收装置和电源组成。概括之，可分为传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四个部分，无线传感器节点的体系结构如图1.2所示。传感器模块负责信息采集和数据转换；处理模块控制整个传感器节点的操作，处理本身采集的数据和其他节点发来的数据，运行高层网络协议；无线收发模块负责与其他传感器节点进行通信；能量供应模块为传感图1.2传感器节点的体系结构无线传感器网络技术与应用开发习题3器节点提供运行所需的能量，通常是微型蓄电池。第二章一、填空题：1．IEEE802.15.4标准主要包括：物理层、介质访问控制层。2．IEEE802.15.4网络根据应用的需要可以组织成星型网络，也可以组织成点对点网络。3．IEEE802.15.4标准包括物理层PHY和介质访问控制MAC(MediaAccessControl)子层协议。4．物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。5．无线传感器网络可以选择的频段有：800MHz、915MHz、2.4GHz、5GHz。6．在IEEE802系列标准中，OSI参考模型的数据链路层进一步划分为逻辑链路控制(LogicalLinkControl，LLC)和媒介接入控制(MediaAccessControl，MAC)两个子层。7．MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务(MACsublayermanagemententity,MLME)。前者保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，后者维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。8．传感器网络的安全问题：机密性问题、点到点的消息认证问题、完整性签别问题。9．MAC子层可以为输入输出的MAC帧提供安全服务。提供的安全服务主要包括四种：访问控制、数据加密、帧完整性检查和顺序更新。10．在LR-WPAN网络中设备可以根据自身需要选择不同的安全模式：无安全模式，ACL模式和安全模式。11．根据应用要求分类。传感器网络中的路由协议按应用要求可分为：能量感知路由、基于查询的路由、地理位置路由和可靠性路由。12．根据传输过程中采用的路径的跳数分类。传感器网络中的路由协议按传输过程中采用的路径的跳数分为单路径路由和多路径路由。二、简答题1．IEEE802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有哪些特点？答：IEEE802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点：(1)在不同的载波频率下实现了20kbps、40kbps和250kbps三种不同的传输速率；(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位地址是全球惟一的扩展地址；(4)支持冲突避免的载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA-CA)；(5)支持确认(ACK)机制，保证传输可靠性。2．物理层数据服务包括哪几个方面的功能？答：无线传感器网络技术与应用开发习题4物理层数据服务包括以下五方面的功能：①激活和休眠射频收发器；②信道能量检测(energydetect)；③检测接收数据包的链路质量指示(linkqualityindication,LQI)；④空闲信道评估(clearchannelassessment,CCA)；⑤收发数据。3．媒介接入控制(MediaAccessControl，MAC)子层主要功能包括哪几个方面？答：包括下面六个方面：(1)协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协议器同步；(2)支持PAN网络的关联(association)和取消关联(disassociation)操作；(3)支持无线信道通信安全；(4)使用CSMA-CA机制访问信道；(5)支持时隙保障(guaranteedtimeslot,GTS)机制；(6)支持不同设备的MAC层间可靠传输。4．Zigbee技术的主要特点有哪些？答：Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分：●数据传输速率低：只有10k字节/秒到250k字节/秒。●功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。●成本低：因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。●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。●时延短：通常时延都在15毫秒至30毫秒之间。●安全：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性。●有效范围小：有效覆盖范围10～75米之间，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；●工作频段灵活：使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。5．按协议的应用特征分类。传感器网络中的路由协议可分为哪几种？答：按协议的应用特征分类。传感器网络中的路由协议可分为如下几种：基于多径路由协议、基于可靠路由协议、基于协商路由协议、基于查询路由协议、基于位置路由协议和基于QoS路由协议。无线传感器网络技术与应用开发习题5第三章一、单选题1．下列哪项不是传感器的组成元件（D）。A、敏感元件B、转换元件C、变换电路D、电阻电路2．力敏传感器接受（A）信息，并转化为电信号。A、力B、声C、光D、位置3．声敏传感器接受（B）信息，并转化为电信号。A、力B、声C、光D、位置4．位移传感器接受（D）信息，并转化为电信号。A、力B、声C、光D、位置5．光敏传感器接受（C）信息，并转化为电信号。A、力B、声C、光D、位置6．（A）年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。A、1948B、1949C、1960D、19707．美军全资产可视化5级：机动车辆采用（A）。A、全球定位系统B、无源RFID标签C、条形码D、有源RFID标签8．哪个不是物理传感器（B）。A、视觉传感器B、嗅觉传感器C、听觉传感器D、触觉传感器9．机器人中的皮肤采用的是（D）。A、气体传感器B、味觉传感器C、光电传感器D、温度传感器10．利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，指的是（）。BA、可靠传递B、全面感知C、智能处理D、互联网11．（）标签工作频率是30-300kHz。AA、低频电子标签B、高频电子标签C、特高频电子标签D、微波标签12．（）标签工作频率是3-30MHz。BA、低频电子标签B、高频电子标签C、特高频电子标签D、微波标签13．（）标签工作频率是300MHz-3GHz。CA、低频电子标签B、高频电子标签C、特高频电子标签D、微波标签14．（）标签工作频率是2.45GHz。DA、低频电子标签B、高频电子标签C、特高频电子标签D、微波标签15．二维码目前不能表示的数据类型（）。DA、文字B、数字C、二进制D、视频二、简答题1.简述传感器的作用及组成。简单地说，传感器实际上是一种功能快，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。传感器一般有敏感元件，转换元件，基本转换电路三部分组成。敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换层电路产量。转换电路完成被测量参数至电量的基本转换输入到测控电路中，进行放大，运算，处理等进一步转换，以获得被测值或进行过程控制。无线传感器网络技术与应用开发习题62.简述传感器的选用原则（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型（2）灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。（3）频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。（4）线性范围传感器的