无线传感器网络复习答案

无线传感器网络复习答案
《---》
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14.将下面英文的含义写出，并解释其含义
(1) 信标节点：指通过其它方式预先获得位置坐标的节点，有时也称作信标节点。

(2) 测距：指两个相互通信的节点通过测量方式来估计出彼此之间的距离或角度。

(3) 网络连接度-----所有节点的邻居数目的平均值，它反映了传感器配置的密集程度。

(4) 邻居节点：传感器节点通信半径范围以内的所有其它节点，称为该节点的邻居节点。

(5) 跳数：两个节点之间间隔的跳段总数，称为这两个节点间的跳数。

(6) 基础设施：协助传感器节点定位的已知自身位置的固定设备，如卫星、基站等。

(7) 到达时间：信号从一个节点传播到另一个节点所需要的时间，称为信号的到达时间。

(8) 接收信号强度指示(RSSI)：节点接收到无线信号的强度大小，称为接收信号的强度指示。

(9) 到达角度(Angle of Arrival, AoA)：节点接收到的信号相对于自身轴线的角度，称为信号相对接收节点的到达角度。

(10) 视线关系(Line of Sight, LoS)：如果传感器网络的两个节点之间没有障碍物，能够实现直接通信，则这两个节点间存在视线关系。

(11) 非视线关系：传感器网络的两个节点之间存在障碍物，影响了它们直接的无线通信。

(12)传感器的灵敏度------指传感器达到稳定工作状态时，输出变化量与引起变化的输入变化量之比。

(13)信标----无线网络传输协议中，无线数据的帧结构里面，开始是一个信标。

zigbee----Zigbee是基于标准，近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。

红外传感器-----它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器。

定位精度，空间实体位置信息与其真实位置之间的接近程度。

------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1. 无线传感器网络的组成模块分为哪四大模块、传感模块
存储模块、计算模块和电源模块。

2.在开阔空间无线信号的发散形状成球形。

3. 传感器网络的支撑技术包括：定位技术、时间同步、能量管理、安全机制、数据融合。

4. 传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。

5. 传感器节点的能耗主要集中在通信模块。

6. TDOA测距方法通常采用的信号为射频信号、超声波信号。

7. 当前传感器网络应用最广的两种通信协议是zigbee、。

8. 主动反击能力是指网络安全系统能够主动地限制甚至消灭入侵者，为此需要至少具备的能力有：入侵检测能力、隔离入侵者能力、消灭入侵者的能力。

9. ZigBee 主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑结构：星型(Star)结构、网状(Mesh)结构、簇树型(Cluster Tree)结构。

10. 无线通信的能量消耗与通信距离的关系符合公式： E=k*dn 。

11. 传感器网络中常用的测距方法有：到达时间/到达时间差(ToA/TDoA)、接收信号强度指示(RSSI)、到达角(AoA)
12.根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为以下三类：特征级融合、数据级融合、决策级融合
13. 传感器一般敏感原件、转换原件和基本转换电路组成。

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15.简答:
1.传感器网络的有哪些限制条件？答：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。

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：
E=k*d^n，随着通信距离的增加，能耗会急剧增加。

能量优先；
基于局部拓扑信息；以数据为中心；应用相关。

3.什么是数据融合技术，它在传感器中的作用是什么答：
------数据融合技术指：一种多层次、多方面的处理过程，这个过程是对多源数据进行检测、互联、相关、估计和组合，以更高的精度、较高的置信度得到目标的状态估计和身份识别，以及完整的态势估计和威胁评估，为指挥员提供有用的决策信息。

------数据融合的主要作用可归纳为以下几点： (1) 提高信息的准确性和全面性。

(2) 降低信息的不确定性。

(3) 提高系统的可靠性。

(4) 增加系统的实时性。

于传感器网络节点的资源十分有限，在收集信息的过程中，如果各个节点单独地直接传送数据到汇聚节点，则是不合适的，主要原因如下： (1) 浪费通信带宽和能量。

(2) 降低信息收集的效率。

4.简述传感器网络休眠机制的过程和目的。

答：
休眠机制的主要思想是，当节点周围没有感兴趣的事件发生时，计算与通信单元处于空闲状态，把这些组件关掉或调到更低能耗的状态，即休眠状态。

当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量。

当然节点需要缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送。

主要目的：电源节能。

5.传感器的概念是什么
答：一般来说能够把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号的器件或装置，我们把它称为传感器。

6.简述传感器灵敏度的度量方法？
答：传感器的灵敏度指传感器达到稳定工作状态时，输出变化量与引起变化的输入变化量之比。

K=输出变化量/输入变化量=△Y/△X=dy/dx。

线性传感器的校准曲线的斜率就是静态灵敏度；对于非线性传感器的灵敏度，它的数值是最小二乘法求出的拟合直线的斜率。

7.无线传感器网络的路协议的概念？
答：路选择(routing)是指选择互连网络从源节点向目
的节点传输信息的行为，并且信息至少通过一个中间节点。

路协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它包括两个功能：
①寻找源节点和目的节点间的优化路径；②将数据分组沿着优化路径正确转发。

8.什么是数据融合技术，它在传感器网络中的作用是什么？//和简答题第三道题一样。

16.问答计算题
1.简述RSSI测距原理，和相应的理论依据。

RSSI测距的原理如下：接收机通过测量射频信号的能量来确定与发送机的距离。

将无线信号的发射功率和接收功率之间的关系表述为下式所示：PR=PT / rn.
2.画出传感器网络两种结构示意图，分别说明他们的工作方式和各自的优缺点。

平面结构:
优点：①平面结构的网络比较简单，所有节点的地位平等，所以又可以称为对等式结构；②源节点和目的节点之间一般存在多条路经，网络负荷这些路径共同承担，一般情况下不存在瓶颈，网络比较健壮。

缺点：①平面型的网络结构在节点的组织、路建立、控制与维持的报文开销上都存在问题，这些开销会占用很大的带宽，影响网络数据的传输速率。

②另外，整个系统在宏观
上将损耗很大的能量。

③还有一个缺点就是可扩充性差。

分级结构：
簇簇内节点簇头基站
优点：①在分级结构中，传感器网络被划分为多个簇。

每个簇一个簇头和多个簇成员组成。

这些簇头形成了高一级的网络；②簇头节点负责簇间数据的转发，簇成员只负责数据的采集。

这大大减少了网络中路控制信息的数量，具有很好的可扩充性。

缺点：问题就是簇头的能量消耗问题，簇头发送和接收报文的频率要高出普通节点几倍或十几倍，因而要求可以在簇内运行簇头选择程序来更换簇头。

17.简述质心定位算法的步骤，和相应的理论依据。

在计算几何学里多边形的几何中心称为质心，多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。

假设多边形定点位置的坐标向量表示为pi= (xi，yi)T，则这个多边形的质心坐标为：
x,
y1(nXi1ni,1nYi1ni)
18.描述TDOA测距的工作原理。

在基于TDoA的定位机制中，发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及这两种信号的传播速度，计算两个节点之间的距离。

发射节点同时发射无线射频信号和超声波信号，接收节点记录下这两种信号的到达时间T1、T2，已知无线射频信号和超声波的传播速度为c1、c2, 那么两点之间的距离为(T2-T1)*S，其中S=c1*c2/(c1-c2)。