无线传感器网络技术及应用第7章
无线传感器网络技术及应用(图文 (8)
第8章 无线传感器网络拓扑控制与覆盖技术
2) 功率控制对网络连通性和拓扑结构的影响 网络的连通性和拓扑结构均与发射功率的大小有关。节点的 发射功率过低，会使部分节点无法建立通信连接，造成网络的割 裂；而发送功率过大，虽然保证了网络的连通，但会导致网络的 竞争强度增大，从而使得网络不仅在节点发射功率上消耗过多的 能量，还会因为高竞争强度导致的数据丢包或重传造成网络整体 能耗增加及性能降低。网络中的节点可通过功率控制和骨干网络 节点选择，剔除节点之间不必要的通信链路，形成一个数据转发 的优化网络结构，或者在满足网络连通度的前提下，选择节点最 优的单跳可达邻居数目。通过功率控制技术来调控网络的拓扑特 性，主要就是通过寻求最优的传送功率及相应的控制策略，在保 证网络通信连通的同时优化拓扑结构，从而达到满足网络应用相 关性能的要求。
(4) 算法的分布式程度。在无线传感器网络中，一般情 况下是不设置认证中心的，传感器节点只能依据自身从网络 中收集的信息做出决策。另外，任何一种涉及节点间同步的 通信协议都有建立通信的开销。显然，若节点能够了解全局 拓扑和传感器网络中所有节点的能量，就能做出最优的决策； 若不计同步消息的开销，得到的就是最优的性能。但是，若 所有节点都要了解全局信息，则同步消息产生的开销要多于 数据消息，这将导致网络系统开销大大增加，从而使得网络 的生存期缩短。
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第8章 无线传感器网络拓扑控制与覆盖技术
8.1.4 功率控制技术 目前，拓扑控制主要是功率控制和睡眠调度。所谓功率控制，
就是为传感器节点选择合适的发射功率；所谓睡眠调度，就是控 制传感器节点在工作状态和睡眠状态之间的转换。
功率控制对无线自组织网络的性能影响主要表现在以下五个 方面：
1) 功率控制对网络能量有效性的影响 功率控制对网络能量有效性的影响包括降低节点发射功耗和 减少网络整体能量消耗。在节点分组传递过程中，功率控制可以 通过信道估计或反馈控制信息，在保证信道连通的条件下策略性 地降低发射功率的富余量，从而减少发射端节点的能量消耗。随 着发送端节点发射功率的降低，其所能影响到的邻居节点数量也 随之减少，节省了网络中与此次通信不相关节点的接收能量消耗， 达到了减少网络整体能量消耗的目的。
无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件
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多跳路由
由于节点发射功率限制，节点的覆盖范围 有限，通常只能与它的邻居节点通信。
多跳路由是由普通网络节点协作完成，没 有专门的路由设备。每个节点既可以是信 息的发起者，也可以是转发者。
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安全性差
由于采用了无线信道、分布式控制等技术， 网络更容易受到被动窃听、主动入侵等攻 击。
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网络管理平台
拓扑控制：拓扑控制利用链路层、路由层完成拓扑生成，反过来又为 它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议，降低能耗。 服务质量管理：服务质量（QoS）管理在各个协议层设计队列管理、 优先级机制或者带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。 能量管理：每个协议层次中都要增加能量控制代码，并提供给操作系 统进行能量分配决策。 安全管理：传统安全机制无法使用。采用扩频通信、接入认证/鉴权、 数字水印和数据加密等技术。 移动管理：监测和控制节点的移动，维护到汇聚节点的路由，还可以 使传感器节点跟踪它的邻居。 网络管理：对无线传感器网络上的设备及传输系统进行有效监视、控 制、诊断和测试所采用的技术和方法。它要求协议各层嵌入各种信息 接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协 议组件的运行。
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应用支撑平台
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： 时间同步 定位 应用服务接口 网络管理接口
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无线传感器网络的研究进展
无线传感器网络的发展历程 无线传感器网络的关键技术 无线传感器网络所面临的挑战
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《无线传感器网络设计与应用》课程标准
《无线传感器网络设计与应用》课程标准课程名称：无线传感器网络设计与应用总学时：60学分：4开课单位：电气信息工程学院课程类别：专业拓展课授课方式：教、学、做一体化适用专业：电子信息工程技术专业、应用电子技术专业一、课程性质《无线传感器网络设计与应用》是电子信息工程技术专业、应用电子技术专业的一门专业拓展课。
二、课程设计思路《无线传感器网络设计与应用》课程采用“基础理论——项目化实践”的组织结构组织课程教学内容。
首先，通过基本理论的教学，使同学们了解无线传感器网络的发展历程、特征、关键技术以及应用方向。
其次，通过师生共同完成一系列完整项目的形式开展教学活动。
教师边示范，边讲解，边指导，学生边学、边做、边实践。
实现在“教中学”，在“学中做”，在“做中学”，教、学、做合一。
使学生在项目实施过程中收获知识，提高技能，掌握方法，感受实际工作过程。
三、课程基本目标本课程培养目标分为方法能力、专业能力和社会能力：1、方法能力（1）掌握搜集、整理、应用“无线传感器网络”相关学习资源的方法；（2）掌握无线传感器网络应用系统功能需求分析、系统设计、软硬件联合调试的方法；2、专业能力（1）了解无线传感器网络体系结构、路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术、时间同步、安全技术、协议标准；（2）掌握IAR Embedded Workbench软件的使用；（3）掌握以TI CC2530 SoC芯片为CPU的应用系统硬件电路设计；（4）掌握TI CC2530 SoC芯片祼机软件开发；（5）掌握基于CC2530硬件平台和IAR软件平台的Zigbee Zstack协议栈应用开发。
3、社会能力（1）具有良好的职业道德和社会责任感、工作责任心，能主动参与到工作中；（2）具有团队协作精神，能主动与人合作、交流和协商；（3）具有群体意识和劳动组织能力。
（4）具有诚实守信的品质，树立环保、节能和安全意识。
四、先修课程《无线传感器网络设计与应用》课程的先修课程有《程序设计基础》、《传感器的选择与应用》、《单片机应用设计与制作》。
无线传感网知识点
第一章无线传感网概述1.无线传感器网络的概念：无线传感器网路是一种由多个无线传感器节点和几个汇聚节点构成的网络，能够实时的检测、感知和采集节点部署区域的环境或感兴趣的的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后一无线的方式发送出去。
2.WSN的特点及优势1）WSN与Ad hoc共有的特征：自组织；分布式；节点平等；安全性差2）WSN特有的特征：计算能力不高；能量供应不可代替；节点变化性强；大规模网络3.无线传感器网络架构：1）协议：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层物理层：负责载波频率产生、信号的调制解调等工作，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。
数据链路层：（1）媒体访问控制。
（2）差错控制。
网络层：负责路由发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。
传输层：负责将传感器网络的数据提供给外部网络，也就是负责网络中节点间和节点与外部网络之间的通信。
应用层：主要由一系列应用软件构成，主要负责监测任务。
这一层主要解决三个问题：传感器管理协议、任务分配和数据广播管理协议，以及传感器查询和数据传播管理协议。
2）管理平台：（1）能量管理平台（2）移动管理平台（3）任务管理平台（1）管理传感器节点如何使用资源，在各个协议层都需要考虑节省能量。
（2）检测传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。
（3）在一个给定的区域内平衡和调度检测任务。
4.无线传感器网络所面临的挑战：低能耗，实时性，低成本，安全和抗干扰，协作第二章无线传感网物理层设计1.WSN物理层频率的选择：一般选用工业，科学和医疗频段。
ISM（医疗）频段的主要优点是无需注册的公用频段、具有大范围可选频段、没有特定标准、灵活使用。
欧洲使用433MHZ，美国使用915MHZ频段2.WSN结构采用的是无线射频通信第三章数据链路层1.MAC协议分类：1）按节点的接入方式：侦听（间断侦听：DEANAdeng），唤醒（低功耗前导载波侦听MAC协议），调度（主要使用在广播中）2）按信道占用数划分：单信道（主要采用），双信道，多信道3）信道分配方式：竞争型（S-MAC，T-MAC,Sift），分配型（SMACS，TRAMA），混合型（ZMAC），跨层型2.分配型MAC协议采用TDMA,CDMA,SDMA,FDMA等技术3.数据链路层的关键问题：能量效率问题，可扩展性，公平性，信道共享，网络性能的优化4.记忆竞争的S-MAC协议，具有以下特点：（1）周期性的侦听和睡眠（2）使用虚拟载波侦听和物理载波侦听进行冲突避免（3）自适应侦听（4）将长消息分成子段进行消息传递5.基于竞争的T-MAC协议：为了改进S-MAC协议不能根据网络负载调整自己的调度周期的缺点，T-MAC协议根据一种自适应占空比的原理，通过动态地调整侦听与睡眠时间的比值，从而实现节省能耗的目的。
第七章 MAC协议
7.2.2 S-MAC
（3）产生调度周期之后，收到邻居的不同的调度 信息，首先判断是否有邻居节点和自己同步，没 有就放弃自己的调度周期，转而采用邻居节点的 调度周期。
如果节点没有收到与自己调度相同的邻居节点的 通告，在调度表中添加该邻居节点的调度信息， 依照自己和邻居节点的调度周期工作。
7.2.2 S-MAC
2）基于分配的信道访问控制
基于分配的信道访问控制将共享的信道 资源按照某种策略无冲突的分配给网络 中的各个节点，当节点需要发送数据时， 在自身分配的信道资源内完成数据传输。 节点之间互不干扰，因此没有冲突。
2）基于分配的信道访问控制
固定信道分配将共享的无线信道以频分多址 FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA等 方优式点：划无分冲为突若干个逻辑子信道。
7.2.2 S-MAC
S-MAC基本思想：通过周期性侦听/睡眠的低占 空比方式，控制节点尽可能处于睡眠状态来减 少空闲侦听时间，降低能量消耗。此外为了避 免网络中的冲突和隐藏终端问题，采用物理和 虚拟载波侦听机制，以及RTS/CST通告机制。
7.2.2 S-MAC
1）周期性侦听和睡眠
侦听
和CSMA。 缺点： 如何解决竞争访问的冲突问题
ALOHA
随机方式占用信道 解决冲突的方式—ACK确认 优点：实现简单 缺点：大量数据发送时，冲突率很高
CSMA
载波侦听方式占用信道 先听后发 CA 有效降低网络中的冲突概率
基于竞争的信道访问控制
无线系统中，碰撞发生在接收端，因此，
与传统无线网络相比，传感器网络在节点 规模、网络结构、通信带宽、电源能量、 应用场景等方面都有显著的区别。
7.1.2 传感器网络MAC协议的特点
无线传感器
第一章习题1、什么是无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)？大量的静止或移动的传感器节点，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地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
2、传感器网络节点使用的限制因素有哪些？①电池能量有限：需要电池提供能量的模块：传感器模块、处理器模块、通信模块。
②通信能力有限：E = k × dn (K—系数、 d—距离、 n—3，4）③计算和存储能力有限：传感器节点是一种微型嵌入式设备，价格低、功耗小。
因此，限制处理器计算能力弱，存储能量小。
3、分析传感器网络节点消耗电源能量的特征。
无线通信模块在发送状态的能量消耗最大，在空闲和接收状态的能量消耗接近，略少于发送状态的能量消耗，在睡眠状态的能量消耗最少。
4、无线网络分类。
5、工业现场总线的含义及其类型。
含义：应用在生产现场和微机化测量控制设备之间，实现双向串行多节点数字通信的系统。
总线类型：CAN 、Lonworks、Profibus、 HART、FF等。
6、传感器节点组成。
传感器模块：信息采集、数据转换处理器模块：控制、数据处理无线通讯模块：无线通信，交换控制信息和收发采集数据电源模块：提供能量第二章习题1、无线传感器网络的拓扑结构有哪几种？按照节点功能及结构层次，无线传感器网络拓扑结构分为：①平面网络结构②分层网络结构③混合网络结构④Mesh网络结构2、Mesh结构的无线传感器网络的特点是什么？有哪些具体应用？特点：节点分布规则；节点功能相同；节点之间都存在多跳路径。
应用：人员和车辆安全监控系统。
第三章习题1、目前无线传感器网络的通信传输介质有哪些类型？无线通信介质：无线电波、微波、红外线等。
2、无线网络通信系统为什么要进行调制和解调？调制有哪些方法？原因：由于基带信号频率低，信号发射天线尺寸会很大；方法：频分复用。
模拟调制: AM、 FM、 PM。
传感器第7章 传感器的数据处理
7.1.7 nesC应用程序的分析
Blink.nc文件
该文件为整个程序的顶层配置文件，关键字为configuration，通过“->”连接各个 对应的接口。
configuration Blink{ } implementation{
7.1.4 模块
简单指令或事件A，由带有存储类型指令或事件的C函数定义的语法实现（注意允许在 函数名中直接定义的扩展）。另外语法关键字必须被包含如果它被包含在A的声明中。
SendMsg类型的提供 接口Send的模块：
Command result_t Send.send(unit16_t address, unit8_t length, TOS_MsgPtr msg){
图7-1 TinyOS程序结构框图
基于以上分析，一个节点上应用程序的框图。操作系统只是在后台提供队列服务。
图7-2 应用程序结构框图
7.1.7 nesC应用程序的分析
每个nesC应用程序都是由一个或多个组件通过接口链接起来，并通过ncc/gcc 编译生成一个完整的可执行程序。
以TinyOS软件中的Blink应用程序为例，具体介绍nesC应用程序结构。Blink程 序是一个简单的nesC应用程序。它的主要功能是每隔1 s的时间间隔亮一次，关闭 系统时红灯亮。
每个nesC应用程序都由一个顶级配置所描述，其内容就是将该应用程序所 用到的所有组件连接起来，形成一个有机整体。一个组件是一个*.nc文件。
每个应用程序(app)都有一个称为Main的组件（类似于C的main函数），它调 用其他的组件以实现程序的功能。由一个或多个组件构成或连接而成。
无线传感器网络期末复习考点总结
第一章概述1.无线传感器的概念：一种由大量的微型传感器节点组成的面向任务的无线自组织网络系统。
2.与传统的无线自组织网络（特征）类似：自组织性、分布式控制、拓扑动态性；区别：网络规模大、节点能力受限、节点可靠性差、以数据为中心、多对一传输模式、冗余度高、面向任务。
3.开发用的硬件平台——嵌入式个人计算机：PDA；专用传感器节点：Berkeley Motes （广泛）、UCLA Medusa、MIT uAMP；片上系统节点：Smart Dust、BWRC PicoNode4.软件平台：TinyOS（最早）、nesC、TinyGALS、Mote等5.设计目标：体积小、成本低、功耗低、自组织、可扩展、自适应、可靠、安全、（带宽）资源利用率高、服务质量高。
第二章体系结构1.节点组成（4）：感知、处理、通信、电池模块2.汇聚节点的作用：（1）向传感器节点发送查询消息或命令（2）作为联接外部网络的网关3.多跳网络分为——平面结构：所有传感器节点地位相同、互为中继；分层结构：按簇组织，簇成员将数据发给簇头，簇头发给汇聚节点；好处：（1）降低通信能耗（2）平衡节点间的负载，并提高可拓展性（3）在簇头进行数据融合，减少数据发送量，提高能亮效率4.协议栈——应用层：负责提供各种无线传感器网络应用，包括查询发送、节点定位、时间同步、网络安全；传输层：负责节点间端到端的可靠、透明传输，包括拥塞控制和差错控制；网络层：为传感器节点向汇聚节点发数据提供路由；数据链路层：数据量的复用、数据帧的创建与检测、媒体接入、差错校验，提供点到点或多点的可靠传输，其中主要的是媒体访问控制（MAC）和差错控制（前向纠错FEC、自动重传请求ARQ）；物理层：将数据链路层形成的数据流转换成适合在传输媒体上传送的信号，并进行收发。
5.设计准则：可扩展、可互通、抗毁、可靠、安全、能量高效性。
第三章 MAC协议（数据链路层）1.作用：决定局部范围内无线信道的使用方式，用来在传感器节点之间分配信道频谱资源，建立数据传输所需的基础通信链路2.特点：尽量节省节点能量、可扩展性、公平性（均衡节点能量消耗）、传输效率高。
第7章 时间同步
第7章 时间同步
第7章 时间同步
2．WSN时间同步协议(TPSN)
TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Networks)算法[8]是Ganeriwal等 人提出的适用于WSN整个网络范围内的时间同步算法。该算法分两步：分级 和同步。第一步的目的是建立分级的拓扑网络，每个节点有个级别。只有一 个节点定为零级，叫做根节点。在第二步，i级节点与i-1级节点同步,最后所 有的节点都与根节点同步,从而达到整个网络的时间同步。 （1）分级 （2）同步
第7章 时间同步
3．HRTS(Hierarchy Referencing Time Synchronization Protocl) 和BTS 2004年Dai.H提出的HRTS[13]是在TPSN模型和RBS模型基础上演变出来 的一种时间同步算法,当一个节点发时间请求的时候，所有的相关节点都收到 请求，并记录接到请求的本地时间。例如O发M1进行时间同步的请求，K、P 节点都接到请求，他们记录收到请求时的本地时间，其中K节点和O进行信息 交互，计算出K、O节点间的时间偏此时K、P根据接收到的时间信息，进行 时间信息的同步 。
第7章 时间同步
7.1.2 算法设计的影响因素 第一，传感器节点需要彼此并行操作和协作去完成复杂的传感任务。数据 融合是这种并行操作的实例，不同的节点收集的数据集合为一个有意义的结 果。例如，在车辆跟踪系统中，传感器节点记录车辆的位置和时间并传送给 网关节点，然后结合这些信息估计车辆的位置和速度。很明显，如果传感器 节点缺乏统一的时间戳(也就是说没有同步)，估计将是不准确的。 第二，许多节能方案是利用时间同步来实现的。例如，传感器可以在适当 的时候休眠(通过关闭传感器和收发器进入节能模式)，在需要的时候再唤醒。 当应用这种节能模式的时候，节点应该在同等的时间休眠和唤醒，也就是说 当数据到来时，节点的接收器并没有关闭。这个需要传感器节点间精确的定 时。调度算法，例如TDMA，能够通过不同的时隙共享信道，进而去估计传 输阻塞和保存能量。因此，同步是信道调度的基础。
无线传感器网络技术及应用(图文 (9)
第9章 无线传感器网络的安全技术
2．WSN的安全需求 WSN的安全需求主要有以下几个方面： (1) 机密性。机密性要求对WSN节点间传输的信息进行 加密，让任何人在截获节点间的物理通信信号后不能直接获 得其所携带的消息内容。 (2) 完整性。WSN的无线通信环境为恶意节点实施破坏 提供了方便，完整性要求节点收到的数据在传输过程中未被 插入、删除或篡改，即保证接收到的消息与发送的消息是一 致的。
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第9章 无线传感器网络的安全技术
很显然，目前通用的传感器节点具有很大的安全漏洞， 攻击者通过此漏洞，可方便地获取传感器节点中的机密信息、 修改传感器节点中的程序代码，如使得传感器节点具有多个 身份ID，从而以多个身份在传感器网络中进行通信。另外， 攻击还可以通过获取存储在传感器节点中的密钥、代码等信 息进行，从而伪造或伪装成合法节点加入到传感网络中。一 旦控制了传感器网络中的一部分节点后，攻击者就可以发动 很多种攻击，如监听传感器网络中传输的信息，向传感器网 络中发布假的路由信息或传送假的传感信息、进行拒绝服务 攻击等。
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第9章 无线传感器网络的安全技术
(3) 存储能力有限：传感器节点一般包括三种形式的存 储器，即RAM、程序存储器和工作存储器。RAM用于存放 工作时的临时数据，一般不超过2 KB；程序存储器用于存 储操作系统、应用程序以及安全函数等，工作存储器用于存 放获取的传感信息，这两种存储器一般也只有几十千字节。
另外，大多数传感器网络在进行部署前，其网络拓扑是 无法预知的，同时部署后，整个网络拓扑、传感器节点在网 络中的角色也是经常变化的，因而不像有线网、大部分无线 网络那样对网络设备进行完全配置，对传感器节点进行预配 置的范围是有限的，很多网络参数、密钥等都是传感器节点 在部署后进行协商形成的。
无线传感器网络技术及应用(图文 (11)
第11章 无线传感器网络数据融合与管理技术
1．传统的无线传感器网络数据传输 1) 直接传输模型 直接传输模型是指传感器节点将采集到的数据以较大的 功率经过一跳直接传输到Sink (汇聚)节点上，进行集中式处 理，如图11.6所示。这种方法的缺点在于：① 距离Sink 节 点较远的传感器节点需要很大的发送功率才可以达到与Sink 节点通信的目的，而传感器节点的通信距离有限，因此距离 Sink较远的节点往往无法与Sink节点进行可靠的通信，这是 不能被接受的；② 在较大通信距离上的节点需耗费很大的 能量才能完成与Sink节点的通信，容易造成有关节点的能量 很快耗尽，这样的传感器网络在实际中难以得到应用。
数据融合的实质是针对多维数据进行关联或综合分析， 进而选取适当的融合模式和处理算法，用以提高数据的质量， 为知识提取奠定基础。
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第11章 无线传感器网络数据融合与管理技术
图11.1 数据融合示意图
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第11章 无线传感器网络数据融合与管理技术
11.1.2 无线传感器网络中数据融合的层次结构 通过对多感知节点信息的协调优化，数据融合技术可以
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第11章 无线传感器网络数据融合与管理技术
11.1 无线传感器网络的数据融合概述
11.1.1 无线传感器网络中的数据融合 数据融合概念是针对多传感器系统而提出的。在多传感
器系统中，由于信息表现形式的多样性、数据量的巨大性、 数据关系的复杂性，以及要求数据处理的实时性、准确性和 可靠性，都已大大超出了人脑的信息综合处理能力，在这种 情况下，多传感器数据融合技术应运而生。多传感器数据融 合(Multi-Sensor Data Fusion，MSDF)简称数据融合，也称为 多传感器信息融合(Multi-Sensor Information Fusion，MSIF)。 它由美国国防部在20世纪70年代最先提出，之后英、法、日、
《无线通信原理及应用》课后习题
《无线通信原理及应用》课后习题第1章无线传感器网络概述1、无线传感器网络的定义？2、传感器节点结构及其各部分功能？3、无线自主网的定义？4、传感网与无线自主网的主要区别？5、传感器网络的特点？6、传感器网络的应用主要包括那些方面？7、传感器网络的关键技术包括那些？第2章路由协议1、传统路由协议主要功能？2、无线传感器网络路由协议与传统路由协议有什么不同点？3、无线传感器网络的路由协议的特点？4、传感器网络路由机制的要求有哪些？5、根据传感器网络的不同应用敏感度不同，可将传感器网络的路由协议分为：6、能量路由策略主要有哪几种？7、能量多路径路由的基本思想？8、能量多路径路由的基本过程？9、定向扩散路由的基本思想？10、定向扩散路由机制的基本过程？11、谣传路由的基本思想？12、GEAR路由的基本过程？13、传感器网络有三种存储监测数据的主要方式？14、GEM路由的基本思想？15、虚拟极坐标建立过程的步骤？16、边界定位的地理路由的基本思想？17、一个信标节点确定边界节点的过程？18、目前，研究人员提出的可靠路由协议主要从两个方面考虑？19、基于不想交路径的多路径路由机制的基本思想？20、ReInForM路由的基本过程？21、SPEED协议的基本过程？22、SPEED协议主要由几部分组成？第3章MAC协议1、在设计无线传感器网络的MAC协议时，需要着重考虑哪几个方面？2、在无线传感器网络中，人们经过大量实验和理论分析，总结出可能造成网络能量浪费的主要原因包括哪几方面？3、传感器网络的MAC协议分哪三类？4、基于竞争的MAC协议的基本思想？5、IEEE 802.11MAC协议有哪两种访问控制方式？6、S-MAC协议工作机制？7、流量自适应侦听机制的基本思想？8、Sift协议的设计目的？9、Sift协议的核心思想？10、Sift协议的工作原理？第4章拓扑控制1、网络的拓扑结构控制与优化有着十分重要的意义，主要表现在以下几个方面？2、传感器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为哪两类？3、拓扑结构的常见算法有哪些？4、基于节点度算法的核心思想？5、基于邻近图的算法的作用？6、什么是LEACH算法？7、LEACH算法的实现过程？8、GAF算法的基本思想是什么？9、GAF算法的执行过程10、TopDisc算法的基本思想是什么？11、STEM-B (STEM-BEACON)算法的基本思想是什么？12、ASCENT算法执行分哪几个阶段？第5章IEEE 802.15.4标准1、IEEE 802. 15. 4标准的实现目标？2、IEEE 802. 15. 4标准定义的LR-WPAN网络具有哪些特点？3、IEEE 802. 15. 4网络根据应用的需要可以哪些网络结构。
《无线传感器网络技术与应用开发》习题与答案
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William J Kaiser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。
物联网技术与应用第七章
相较于传统网络，物联网的感知节点大都部署在无人监控的环境，具有能力脆弱、资源受限等特点，并且 由于物联网是在现有的网络基础上扩展了感知网络和应用平台，传统网络安全措施不足以提供可靠的安全保障， 从而使得物联网的安全问题具有特殊性。
7.1 物联网安全概述
1 从物联网的构成要素分析
物联网的构成要素包括传感器、传输系统（泛在网）及处理系统，因此 物联网的安全形态表现在这3个要素上。就物理安全而言，主要表现在传感器 的安全方面，包括对传感器的干扰、屏蔽、信号截获等。就运行安全而言， 则存在于各个要素中，即涉及传感器、传输系统及处理系统的正常运行，这 方面与传统的信息安全基本相同。数据安全也是存在于各个要素中，要求在 传感器、传输系统、处理系统中的信息不会出现被窃取、被篡改、被伪造、 被抵赖等。传感器与无线传感器网络所面临的问题比传统的信息安全更为复 杂，因为传感器与无线传感器网络可能会因为能量受限的问题而不能运行过 于复杂的保护体系。
7.1 物联网安全概述
由于物联网的应用领域非常广泛，而这些应用在应用层 又没有统一的安全平台和标准，因此，各物联网企业在应用 层方面的研究也各有特点。应用层是物联网三层结构中的最 顶层，主要对感知层所采集数据进行计算、处理和知识挖掘， 从而实现对物理世界进行实时控制、精确管理和科学决策。 物联网的处理应用层主要是云计算平台及其服务，包括大数 据处理。因此物联网处理应用层的安全就是处理平台本身的 安全和其所提供的服务的安全。在这方面，几乎每个物联网 处理平台都有自己的特色。
7.1 物联网安全概述
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物联网的安全需求
物联网系统的安全和一般IT系统的安全基本一样，主要有8个尺度：
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7.1 智能家居
家居安防系统网络拓扑
7.1 智能家居
家居安防监测类与报警类设备开发 家居安防监测与报警类设备总体结构如图：
7.1 智能家居
家居安防运行测试 系统搭建 系统测试 家居安防系统的测试主要是功能测试，所要测试的功能主要包括 门窗磁入侵报警功能、消防报警功能、远程报警联动功能和系统 可靠性。
第7章 无线传感网络综合应用
主要内容
智能家居
智能化N系统
水电厂智能监控系统
7.1 智能家居
智能家居概述
智能家居是以住宅为平台，利用物联网技术、网络通信技术和自动控 制技术将与家居生活有关的设施集成，构建住宅设施与家庭事务的综 合管控系统。 通常由综合安防、舒适控制、家电控制、健康监测、能耗管控五个子 系统组成，可通过手机、平板、电脑或室内控制终端随时随地对智能 家居的各个组成部分进行监测和控制。
7.2 智能化ANDON系统
ANDON系统软件运行测试 ANDON系统功能包含： 系统管理 参数设置 生产管理 Andon显示屏 报警 报表
7.3 水电厂智能监控系统
水电厂智能监控系统概述
通过无线传感网和移动互联网技术实现了水电站系统实时数据显示、一次设备在 线监测、远程智能监测、可视化智能监控、辅助运行管理及指导分析决策、系统 自诊断与自恢复、远程故障诊断和维护、设备检修管理及信息化等高级功能。 水电厂智能化监控管理系统架构图如下：
一级按钮
7.3 水电厂智能监控系统
水电站智能在线监测系统设计
系统通过智能传感器采集状态信息，采用工业无线WIA-PA通信协议，将采集到 的监测信息传输至WIA-PA智能网关，通过交换机将数据存入数据服务器，并由 中控室后台服务系统进行数据分析和处理，从而实现水电厂发电机组、励磁辅机 系统、变压器、开关柜、闸门、大坝等设备及厂房环境的在线监测和故障诊断、 辅助分析决策，通过集成视频安防监控和智能报警等功能，实现了水电厂设备及 环境的安全监控、无人值守以及电站的远程监控。
7.3 水电厂智能监控系统
水电站智能在线监测系统现场设备总体结构
7.3 水电厂智能监控系统
无线智能网关硬件结构 无线智能网关软件结构
7.3 水电厂智能监控系统
组态监控总体方案
本组态监控界面在设计中根据实际情况采用了两级界面结构设计。层面1是总览 界面，该层面包含不同系统及区域所显示的信息；层面2是详细信息界面，该层 面提供各个设备对象的信息，例如位移量、温湿度、振动量等，并实时显示消息 、状态和过程值。
7.2 智能化ANDON系统
ANDON系统概述
综合性生产信息管理和控制系统（简称ANDON系统）通过工业物联网将生产 过程中的人、机、料、法、环、测（5M1E）几大要素进行智慧整合和互联互 通，实现人机互联、智能调度、管理监控及整体设备效能最优化。
ANDON系统由4部分组成：
ANDON工位子系统 ANDON综合看板子系统 ANDON数字广播子系统 工业交换机和服务器组成
实现工位作业管理、设备运行管理、产品质量管理、供应物流管理、车间生 产管理、信息可视管理、公共信息管理等功能。
7.2 智能化ANDON系统
基于WIA-PA的ANDON系统拓扑结构如下图：
7.2 智能化ANDON系统
ANDON工位子系统总体结构
7.2 智能化ANDON系统
ANDON工位子系统软件总体设计