《无线传感器网络》选修课历真题

2007级网络工程本科专业选修课

《无线传感器网络》试卷120分钟

一、填空题<每题4分，共计60分）

1、传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者

2、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

3、无线传感器节点的基本功能：采集、处理、控制和通信等

4、传感器网络常见的时间同步机制有：

5、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

6扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种：

：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频

7、定向扩散路由机制可以分为三个阶段：周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强

8、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

9、无线传感器网络的关键技术主要包括：网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等

10、IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层和MAC层的标准

11、简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。

12、数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测

13、无线传感器网络可以选择的频段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ

14、传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合等，

15、传感器网络的安全问题：(1> 机密性问题。 (2> 点到点的消息认证问题。 (3> 完整性鉴别问题。

16、802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为 28 μs

、点协调功能帧间间隔PIFS长度是 SIFS 加一个时隙(slot>长度，即78 μs

分布协调功能帧间间隔DIFS ，DIFS长度=PIFS +1个时隙长度，DIFS 的长度为 128 s

17、任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：1、6、11频道。

18、802.11网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容包括了：接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权限等

19、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

20、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、基本概念解释<每题5分，共40分）

1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理

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DIFS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。

2、802.11无线LAN提供的服务有哪些？

•802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务，这些服务分为两类，5种分布式服务和4种站服务。

分布式服务涉及到对单元

•⑴建立关联：当移动站点进入一个新的单元后，立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。AP可以接受或拒绝移动站点的加入。如果移动站点被接受，它必须证明它自己的身份。

•⑵解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联，从而中止它们之间的关系•⑶重建关联。站点可以使用该服务来改变它的首选AP 。

•⑷分发。该服务决定如何将发送到AP的帧发送出去。如果目的站在同一个AP 下，帧可以被直接发送出去，否则必须通过有线网络转发。

•⑸集成。如果一个帧需要通过一个非802.11网络<具有不同的编址方案或帧格式）传输，该服务可将802.11格式转换成目的网络要求的格式

站服务4种站服务用于管理单元内的活动。

•⑴身份认证。当移动站点与AP建立了关联后，AP会向移动站点发送一个质询帧，看它是否知道以前分配给它的密钥；移动站点用自己所知道的密钥加密质询

帧，然后发回给AP ，就可以证明它是知道密钥的；如果AP检验正确，则该移动站点就会被正式加入到单元中。

•⑵解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时，需要解除认证。

•⑶保密。处理加密和解密，加密算法为RC4。

⑷数据传递。提供了一种数据传送和接收方法

3.简述无线传感器网络系统工作过程，传感器节点的组成及其功能是什么

无线传感器网络(WSN>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，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户

2.为什么无线传感器网络需要时间同步，简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理？

在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差，

RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大

TPSN协议采用层次型网络结构，首先将所有节点按照层次结构进行分级，然后每个节点与上一级的一个节点进行时间同步，最终所有节点都与根节点时间同步。

3、为什么无线传感器网络需要节点定位，简述基于距离的定位算法三边测量算法、三角测量算法的工作原理？

传感器节点的自身定位是传感器网络应用的基础。许多应用都要求网络节点预先知道自身的位置，并在通信和协作过程中利用位置信息完成应用要求。若没有位置信息，传感器节点所采集的数据几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的应用中，节点的定位成为关键的问题。

通过测量节点与信标节点间的实际距离或方位进行定位

三边测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点D的距离，确定节点D 的坐标

三角测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C的角度，确