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无线传感器网络 | 期末复习知识点1

阮少爷
 阮少爷
发布于 2017/05/15 18:57
字数 2398
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一、基础知识

1.WSN传输介质有哪些,每种介质特性(传播速度、距离、能耗等)

2.传感器灵敏度、方向性等特征,信号频率与响应度关系。

3.在无线网络通信中,能量消耗与通信距离存在关系。

4.无线传感器网络协议标准,网络层次结构和传统计算机网络区别等。

5.ZigBee物理层技术特点(通信信道数量、通信的速率等),ZigBee网络组网的容量,ZigBee网络层的拓扑结构技术特点。

6.传感器节点基本功能模块构成情况,各模块的功能特点。

7.无线传感器网络不同技术方案的基本特征。

8.无线传感器网络中无线传感器节点工作方式、工作特点、节点分类、能量控制等。

9.无线传感器网络的各种路由协议分类、工作特点、优劣性。

10.WSN中安全协议、密钥管理、认证方式。

11.WSN中时间同步方式、定位技术等。

 

========================================================

下面是解答:

1.WSN传输介质有哪些?每种介质的传播速度,距离,能耗等?

    答:目前WSN主流的传输介质是无线电波,红外线作为可选传输方式,另外还有光波传输方式,超声波传送。其中在受干扰严重的情况下,无线电波的传输距离要远于光传播和红外传播,光传播和红外传播一般用于无遮挡环境下。能耗方面,无线电波较小,红外能量较大,可见光最大。

            其中,无线电波中常用的是ISM频段,包括433-464MHz频段,902-928MHz频段,以及2.4-2.5GHz频段。这三者对比,在空间中传播速度相同,频率越低,传送距离越远,抗干扰强。相同情况下,采用频率高的功耗能得到降低。

 

2.传感器灵敏度、方向性等特征,信号频率与响应度关系。

    答:传感器灵敏度:灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值,当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。

            方向性:传感器灵敏度是有方向性的,当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好(当传感器测量的数据是向量类型的时候,这时它具有一定的方向性,若是测量单向量型的数据,则要求其在其他方向灵敏度小的传感器)。

            信号频率与响应度的关系:信号频率的变化引起电压电流的改变,我们称电压电流随着输入信号的改变而发生的变化为响应度,因此信号频率的改变会引起响应度的改变。

  3.在无线网络通信中,能量消耗与通信距离存在关系。

            答:通信距离越远,则需要的的能量越多。在无线传感器网络中,设备通常体积较小,能量携带有限,因此掌握能量和传输距离之间的平衡显得尤为重要。设计一个节约能耗的MAC层协议也就变得重中之重了。

4.无线传感器网络协议标准,网络层次结构和传统计算机网络区别等。

            答:无线传感器网络协议中,物理层和MAC层协议由IEEE 802.15.4标准制定,而网络层,传输层和应用层则是由ZIGBEE联盟制定,ZIGBEE协议是建立在IEEE802.15.4标准之上的协议。

                无线传感器网络结构与传统计算机网络5层结构类似,都分为物理层,数据链路层,网络层,传输层,应用层。其中区别在于无线传感器网络体系中还包括了能源管理平台,移动管理平台和任务管理平台。

5.ZigBee物理层技术特点(通信信道数量、通信的速率等),ZigBee网络组网的容量,ZigBee网络层的拓扑结构技术特点。

        答:zigbee物理层中,通信信道总共27个,其中433-465KHz的占1个,902-928kHz的占10个,2.4-2.5GHz的占16个,通信速率上,433-465KHz为20kbps,902-928kHz的为40kbps,2.4-2.5GHz为250kbps。理论上来说,zigbee网络组网可达16级,默认情况下,一个协调器设备可控制加其它共65535个设备加入网络。

            网络层多采用三种结构,星型结构,网状结构,树形结构。星型结构中有一个FFD节点和若干RFD节点,适用于节点较少的网络中;而网状结构具有强大的网络健壮性和系统可靠性,可适用于大部分复杂的场景。树形结构也称之为混合结构,是星状结构和网状结构的复合。

6.传感器节点基本功能模块构成情况,各模块的功能特点。

        答:传感器节点的组成包括了如下部分:1.数据采集传感器:负责采集环境的数据,将模拟量通过传感器转换为数字信号。2.中央处理单元:负责将传感器传来的信号从存储空间中读出并进行简单处理,在送回存储空间。3.RF射频模块:负责将处理过的数据通过无线电波调制发送给其它节点。

 

7.无线传感器网络不同技术方案的基本特征。

        答:星型结构:有一个FFD节点和若干RFD节点,适用于节点较少的网络中

               网状结构:具有强大的网络健壮性和系统可靠性,可适用于大部分复杂的场景。

 

8.无线传感器网络中无线传感器节点工作方式、工作特点、节点分类、能量控制等。

            答:无线传感器节点工作方式:终端节点--通过睡眠定时唤醒或者RF中断唤醒,采集数据并将数据发送给传送节点。路由器节点:通过睡眠定时唤醒或者RF中断唤醒,将数据转发给其它路由器节点,协调器:通过广播的形式广播网络,并接受其它节点的加入,待网络组建完成后,协调器也作为路由器节点加入网络中。    

               工作特点:终端---负责采集数据,并发送出去。路由器节点--负责转发收到的数据包;协调器---负责将数据库通过RS23等串口的形式将数据发送给用户。

                 节点分类:终端节点,路由器节点,协调器节点。

                能量控制:设备在不进行数据采集或者发送的时间段内,进入睡眠模式来降低功耗。睡眠唤醒的方式有定时中断唤醒,RF中断,按键中断等方式。

9.无线传感器网络的各种路由协议分类、工作特点、优劣性。

        答:按照无线传感器网络的结构、路由协议自身的特点及应用类型,将路由协议分为四种类型:

            1.以数据为中心的路由协议   2.基于层次结构的路由协议  3.基于地理信息路由协议   4.基于多路径路由协议

               工作特点:1用户不关系网络具体结构,只关心数据取得。2致力于降低网络能量消耗,延长网络的生命周期。3.利用地理信息将数据包转发给特定地理区域的节点,减少网络消耗。4.将数据分多路径转发,降低时延,提高网络可靠性,将能量均摊于各个节点之间。

          答2:路由协议分类:1.简单的无结构路由协议(Flooding,Gossiping,SPIN,DD,RRP),2.树类路由协议(高弹性多经路由协议,SAR路由协议,LEACH,PEGASIS,H-PEGASIS路由协议,TEEN,APTEEN),3.地理路由协议(PALR,LBM,GRID)。

                    不同的路由具有不同的特点,没有最优与最劣的路由算法,只有最适合的路由算法。例如单个大棚环境只需要简单的Gossiping协议即可解决问题,就没有必要在使用如LEACH这样的复杂路由算法。

10.WSN中安全协议、密钥管理、认证方式。

        答:WSN中安全协议主要分为两类,一类是基于基站的安全协议,一类是不依赖于基站的安全协议。密钥管理分类有4种,分别是  对称与非对称密钥管理方案   分布式和层簇式的密钥管理方案   按照网络运行后密钥是否更新(静态密钥管理,动态密钥管理)   按照网络密钥连接性程度分类(随机分配的密钥管理方案,确定分配的密钥管理方案)。

            认证方式:认证方式是确保无线传感器网络安全的途径。安全认证一般分为节点身份认证,信息认证等两种。

 

11.WSN中时间同步方式、定位技术等。

            答:

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