无线传感器网络复习(1_3章)

题型：共计38～39题，计算题较少，原理题很多

（1）选择题15’

（2）填空题10’

（3）名词解释3’x5

（4）作图题10’x1

（5）问答题20’x1（根据原理应用自主进行选择作答）

第1章

1.P3

图1.1 无线网络的分类

2.无线传感器的定义P3

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感知对象的监测信息，并报告给用户。无线传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户；

无线传感器网络的基本功能：协作式的感知、采集、处理和发布感知信息。

图1.2 现代信息技术与无线传感器网络之间的关系

无线传感器网络三个功能：数据采集、处理和传输；

对应的现代信息科技的三大基础技术：传感器技术、计算机技术和通信技术；对应的构成了信息系统的“感管”、“大脑”和“神经”。

4.P5 P6

★图1.3 无线传感器网络的宏观架构

传感器网络网关原理是什么？

无线传感器通常包括传感器节点（sensor node），汇聚节点（sink node）和管理节点（manager node）。汇聚节点有时也称网关节点、信宿节点。

传感器节点见后2要点介绍。

Sink node：网关节点通过无线方式接收各传感器节点的数据并以互联网、移动通信网等有线的或无线的方式将数据传送给最终用户计算机。网关汇聚节点只需要具有处理器模块和射频模块、通过无线方式接收探测终端发送来的数据信息，再传输给有线网络的PC或服务器。汇聚节点通常具有较强的处理能力、存储能力和通信能力，它既可以是一个具有足够能量供给和更多存资源与计算能力的增强型传感器节点，也可以是一个带有无线通信接口的特殊网关设备。汇聚节点连接传感器网络和外部网络。通过协议转换实现管理节点与传感器网络之间的通信，把收集到的数据信息转发到外部网络上，同时发布管理节点提交的任务。

5.传感器网络节点的组成P5

图1.4 传感器网络节点的功能模块组成

传感器网络节点由哪些模块组成？－－－作图、简答

传感器模块负责探测目标的物理特征和现象，计算机模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发布和接受，电源模块负责节点供电，节点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。

6.传感器网络的协议分层P5

1.5 传感器网络的协议分层

每一层的作用是什么？－－－作图、简单

能量分配管理在各个层中，能量是怎么考虑的？

传感器网络以数据应用为中心

物理层负责载波频率的产生、信号调制、解调；数据链路层负责媒体接入和差错控制；网络层负责路由发现与维护；传输层负责数据流的传输控制；应用层负责任务调度、数据分发等具体业务。

能量分配是尽可能延长网络的可用时间，移动管理主要对节点移动进行检测与注册，应用优化是根据应用需求优化调度任务。

传感器节点的处理能力、存储能力相对较弱，通信距离也有限，如果访问通信距离之外的节点，必须使用多跳路由。

7.传感器网络节点的结构（具体例子）P6

传感器节点是什么？

CPU选用嵌入式？哪些是嵌入式？哪些不是嵌入式？

传感器节点是采用自组织方式进行组网以及利用无线通信技术进行数据转发的，节点都具有数据采集与数据融合转发双重功能。传感器节点是无线传感器网络的基本功能单元。传感器节点基本组成模块有：传感器模块、计算与存储模块、通信模块以及电源模块。具体地说

处理器模块是传感器节点的核心，负责整个节点的设备控制、任务分配与调度、数据整合与传输等。

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式Web技术嵌入式Web技术

嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

8.节点的体系组成P7

图1.7 无线传感器网络节点的体系组成

每一层处理哪些事？

传感器节点为了节约能量进入休眠。

无线传感器网络节点的体系有分层的网络通信协议、网络管理平台和应用支撑平台三部分组成。

（1）网络通信协议

类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系，它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。

图1.8 传感器网络通信协议的分层结构

（2）网络管理平台

主要是对传感器节点自身的管理和用户对传感器网络的管理，包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。

（3）应用支撑平台

建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上，包括一系列基于监测任务的应用层软

件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。包括：时间同步、定位、应用服务接口、网络管理接口。

9.传感器网络的结构P9

根据节点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构。如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。

10.传感器节点的限制条件P12 P13

（1）电源能量有限

传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步，处理器和传感器模块的功耗变得很低，绝大部分能量主要消耗在无线通信模块上。

从图1.13中可知传感器节点的绝大部分能量消耗在无线通信模块。传感器节点传输信息时要比执行计算时更消耗电能，传输l比特信息100m距离需要的能量大约相当于执行3000条计算指令所消耗的能量。

1.13 传感器节点的能量消耗情况

（2）通信能力受限

通常无线通信的能量消耗与通信距离的关系符合如下规律：

其中参数n满足关系2

随着通信距离的增加，能耗会急剧增加。在满足通信连通性的前提下应尽量减少单跳的通信距离。一般而言，传感器节点的无线通信半径在100m以比较合适。

（3）计算和存储能力受限

传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求它价格低、功耗小，这些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数