无线传感器网络 复习大纲

第一章

1. 传感器（chapter1/10）

一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。

2. 无线传感器网络

传感器节点之间通过无线方式，采用自组织多跳的形式组成一个传感器网络，利用各类集成化微型传感器实施监测、感知和采集各种环境信息或监测对象的信息。将收集到的信息以无线方式通过多跳路径传送到用户终端，传输过程中会对信息进行各种处理，使其能够满足特定对象的需求（如以图表等形式出现在人们眼前等），从而实现物理世界、计算世界和人类社会的连通。

3. 传感器节点包括：数据采集模块、数据处理和控制模块、通信模块、供电模块。

4. 无线传感器网络的关键性能指标：网络工作寿命、网络覆盖范围、网络的搭建成本和难易程度、网络响应时间。

5. 数据融合：对收集到的多份数据或信息进行处理，组合出更高效、更符合用户需求的数据的过程。

数据融合的作用：节省能量、获取更准确信息、提高数据收集效率。

第二章

1. WSN的四类基本实体对象，它们之间的关系是怎样的？（p.11）

4类基本实体对象：目标、传感器节点、汇聚节点和监测区域。

关系：在网络中，大量传感器节点随机部署在目标的邻近区域，通过自组织方式构成网络，形成对目标的监测区域。传感器节点对目标进行检测了，获取的数据经本地简单处理后，再通过邻近传感器节点采用无线多跳的方式传输到汇聚节点。汇聚节点再通过有线或无线方式将信息传递到外部网络。

2. 汇聚节点在WSN中的两种角色

网内：

作为信息收集点，被授权监听和处理网络的事件消息和数据

作为控制者，可向网络发出查询请求或派发任务

网外：

作为网关，通过各种有线或无线链路连接到远端控制单元和用户

3. 无线传感器网络的3种网络结构及其优缺点。

（1）平面网络结构

所有节点地位平等，每个节点能和通信范围内所有节点通信，完全连接的网络

优点：容错性强，少数节点失效不影响网络正常工作

缺点：每个节点要维护庞大的路由记录，占用有限网络带宽

（2）聚类分层的网络结构

将网络分成若干个簇（cluster），每个簇包含一个簇头节点和多个簇成员。簇头节点可以预先指定，也可根据分簇算法自动选举产生。

优点：可扩充性好；容错性强

缺点：需执行复杂的分簇算法，簇头可能成为瓶颈

（3）Mesh网络结构

规则分布的网络，节点只能和最近的邻居直接通信，网内节点一般都是相同的（也称为对等网。

优点：对单个节点或单条链路故障有较强的容错能力和鲁棒性。虽然节点都相同，但仍能指定某个节点为簇头，执行额外功能，一旦簇头失效，另一个节点能立刻接管原簇头执行的额外功能。

4. 传感器节点设计的基本原则：

采用尽量灵敏的传感器

采用功耗尽可能低的器件

采用效率尽可能高的信号处理方法

采用持久力尽可能长的电源

5. 传感器节点中消耗能量的模块有哪些？无线通信模块有几种状态？其能量消耗的大小关系如何？

传感器节点中消耗能量的模块：传感器模块、处理器模块、无线通信模块(消耗绝大多数能量)。

无线通信模块4种状态：发送、接收、空闲、和睡眠。能耗大小：发送＞接收≈空闲＞睡眠。

6. ISO7层参考模型有哪7层？简述每层功能。

（1）应用层

作用：为应用软件提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。

（2）表示层

作用：应用程序和网络之间的翻译官，将数据转换为网络能识别的格式

（3）会话层

作用：在网络中不同用户、节点之间建立和维护通信通道，同步两个节点之间的会话，决定通信是否被中断以及中断时决定从何处重新发送。

（4）传输层

作用：负责建立端到端的连接，对数据进行分段、重组

（5）网络层

作用：路由选择和转发

（6）数据链路层

作用：数据链路的建立、维持和释放（相邻节点，一跳范围）；流量控制；媒体访问和差错控制（MAC协议）。

（7）物理层

作用：产生并检测电压发送和接收带有数据的电气信号

7. 无线传感器网络协议结构模型包括哪几部分？

应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层、能量管理平面、移动性管理平面和任务管理平面。

8. 无效能耗来源有哪些？主要来源是什么？

空闲侦听（主要来源）、竞争冲突、串扰和控制开销。

9. WSN与现有网络的区别？

传统无线网络：节点通常高速移动，首要设计目标是为用户提供高性能的服务质量保证，最大化带宽利用率。以传输数据为目的。

无线传感器网络：节点不具备很高移动性，核心问题是通过实现节点负载均衡及采取一系列节能措施以平衡节点能量消耗，延长网络生命周期。以数据为中心，终端不关心单个节点的数据情况，只是关心区域融合之后的数据结果。

10. 无线传感器网络的特点

节点资源有限；网络节点拓扑变化频繁；寻址以数据为中心；多跳路由通信；网络的分布

式特性；网络节点密度高。

第三章

1. 路由协议？

负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。有两方面功能：寻找源节点到目的节点间的优化路径；将数据分组沿着优化路径正确转发。

2. 洪泛路由协议基本思想？

节点接收到消息之后，只要自己不是目的节点，就无条件的将消息广播出去（不包括发送该消息的节点，每个节点只转发1次）。

3. 洪泛路由的不足？（要求画图说明）

（1）信息爆炸(Implosion)：即将同一个数据包多次转发给同一个节点的现象，这极大浪费节点能量。

（2）部分重叠(Overlap)：这是无线传感器网络特有的，如图，节点A和C感知范围发生了重叠，重叠区域的事件被相邻的两个节点探测到，那么同一事件被传给它们共同的邻居节点B多次，这也浪费能量。

（3）盲目使用资源，即洪泛法不考虑各节点能量可用状况因而无法作出相应的自适应路由选择。

4. 闲聊路由基本思想？

当节点收到数据包时，只将数据包随机转发给与其相邻的某一个节点，而不是所有节点。

5. SPIN协议定义？

SPIN是以数据为中心的自适应路由协议，通过协商机制和资源自适应机制来解决Flooding 协议中的内爆和重叠问题。

6. 元数据

对节点感知数据的抽象，是原始感知数据的压缩，可以描述原始感知数据。

7. SPIN的3种协议消息？

ADV：(Advertise，消息广播包)：当一个节点要传输数据DATA时，先对外广播ADV（包含DATA的元数据，比DATA小得多）

REQ：(Request，数据请求包)：节点收到ADV时，若对此ADV描述的DATA感兴趣，则发