无线传感器网络考试范围

填空题

1.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。
2.在ASCENT算法中，节点可以处于四种状态：休眠状态，侦听状态，测试状态，活动状态。

解答题

1.与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有的特点。
（1）能量优先。传统路由协议在选择最优路径时，很少考虑节点的能量消耗问题。
（2）基于局部拓扑信息。无线传感器网络为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源，使得节点不能存储大量的路由信息，不能进行太复杂的路由计算。
（3）以数据为中心。传统的路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据，而无线传感器网络中大量节点随机部署，所关注的是监测区域的感知数据，而不是具体哪个节点获取的信息，不依赖于全网唯一的标识。
（4）应用相关。传感器网络的应用环境千差万别，数据通信模式不同，没有一个路由机制适合所有的应用，这是传感器网络应用相关性的一个体现。

2.可靠路由协议主要从哪两个方面考虑。P45
一是利用节点的冗余性提供多条路径以保证通信可靠性;二是建立对传输可靠性的估计机制，从而保证每跳传输的可靠性。

3.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。P59
（1）节省能量。传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量，而且电池能量通常难以进行补充，为了长时间保证传感器网络的有效工作，MAC协议在满足应用要求的前提下，应尽量节省使用节点的能量。
（2）可扩展性。由于传感器节点数目、节点分布密度等在传感器网络生存过程中不断变化，节点位置也可能移动，还有新节点加入网络的问题，所以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。
（3）网络效率。网络效率包括网络的的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。

4.将传感器网络的MAC协议分为哪三类。P61
（1）采用无线信道的时分复用方式，给每个传感器节点分配固定的无线信道使用时段，从而避免节点之间的相互干扰；
（2）采用无线信道的随机竞争方式，节点在需要发送数据时随机使用无线信道，重点考虑尽量减少节点间的干扰；
（3）其他MAC协议，如通过采用频分复用或者码分复用等方式，实现节点间无冲突的无线信道的分配。

5.在传感器网络中，网络的扩扑结构控制与优化有着十分重要的意义，主要表现在哪几个方面。
（1）影响整个网络的生存空间。传感器网络的节点一般采用电池供电，节省能量是网络设计主要考虑的问题之一。
（2）减小节点间通信干扰，提高网络通信效率。传感器网络中节点通常密集部署，如果每个节点都以大功率进行通信，会加剧节点之间的干扰，降低通信效率，并造成节点能量的浪费。
（3）为路由协议提供基础。在传感器网络中，只有活动的节点才能够进行数据转发，而拓扑控制可以确定由哪些节点作为转发节点，同时确定节点之间的邻居关系。
（4）影响数据融合。传感器网络中的数据融合指传感器节点将采集的数据发送给骨干节点，骨干节点进行数据融合，并把融合结果发送给数据收集节点。
（5）弥补节点失效的影响。传感器节点可能部署在恶劣环境中，在军事应用中甚至部署在敌方区域中，所以很容易受到破坏而失效。

6.IEEE802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有什么特点。P110
（1）在不同载波频率下实现了20kbps、40kbps、和250kbps三种不同的传输速率；
（2）支持星型和点对点型两种网络拓扑结构；
（3）有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址；
（4）支持冲突避免的载波多路侦听技术；
（5）支持确定(ACK)机制，保证传输可靠性。

7.传感器网络的定位算法通常需要具备什么特点。P136
（1）自组织性：传感器网络的节点随机分布，不能依靠全局的基础设施协助定位。
（2）健壮性：传感器节点的硬件配置低、能量少、可靠性差，测量距离时会产生误差，算法必须具有较好的容错性。
（3）能量高效：尽可能地减少算法中计算的复杂性，减少节点间的通信开销，以尽量延长网络的生存周期。
（4）分布式计算：每个节点计算自身位置，不能将所有信息传送到某个节点进行集中计算。

8.在设计传感器网络的时间同步机制时，需要从哪几个方面进行考虑。P158
（1）扩展性：在传感器网络应用中，网络部署的地理范围大小不同，网络内节点密度不同，时间同步机制要能够适应这种网络范围或节点密度的变化；
（2）稳定性：传感器网络在保持连通性的同时，因环境影响以及节点本身的变化，网络拓扑结构将动态变化，时间同步机制要能够在拓扑结构的动态变化中保持时间同步的连续性和精度的稳定；
（3）鲁棒性：由于各种原因可能造成传感器节点失效，另外现场环境随时可能影响无线链路的通信质量，因此要求时间同步机制具有良好的鲁棒性；
（4）收敛性：传感器网络具有拓扑结构动态变化的特点，同时传感器节点又存在能量约束，这些都要求建立时间同步的时间很短，使节点能够及时知道它们的时间是否达到同步；
（5）能量感知：为了减少能量消耗，保持网络时间同步的交换消息数尽量少，必需的网络通信和计算负载应该可预知，时间同步机制应该根据网络节点的能量分布，均匀使用网络节点的能量来达到能量的高效使用。

9.什么是数据融合技术，在传感器网络中的作用是什么？
数据融合也被称作信息融，是一种多源信息处理技术。它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判断。
作用：（1）节省整个网络的能量；（2）增强所收集数据的准确性；（3）提高收集数据的效率。