武漢理工大學(xué)期末無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)資料

1、武漢理工大學(xué)期末無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)資料無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)提綱,填空題.40分1 .無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)定義是,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是大量靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),目的是協(xié)作地探測(cè)、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息,并報(bào)告給用戶.2 .無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以分為有根底設(shè)施網(wǎng)和無(wú)根底設(shè)施網(wǎng):無(wú)根底設(shè)施網(wǎng)又可以分為移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò).3 .傳感器組網(wǎng)的六個(gè)特點(diǎn)：自組織性、以數(shù)據(jù)為中央、應(yīng)用相關(guān)性、動(dòng)態(tài)性、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、可靠性.4 .無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),根據(jù)其組網(wǎng)形式和方式來(lái)看,有集中式、分布式和混合式.一丁無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通?？梢苑譃槠矫婢W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、混合網(wǎng)

2、絡(luò)結(jié)構(gòu)以及Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).6 .從無(wú)線網(wǎng)的角度看,傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體系由分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)治理平臺(tái)和應(yīng)用支撐平臺(tái)3個(gè)局部組成.p327 .OSI參考模型的七層分別為：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)_絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層.8 .在分布式系統(tǒng)中,時(shí)間同步涉及到物理時(shí)間和邏輯時(shí)間另個(gè)不同的概念,物理時(shí)間表示人類社會(huì)使用的絕對(duì)時(shí)間、而邏輯時(shí)間表達(dá)了事件發(fā)牛的順序關(guān)系,是一個(gè)相對(duì)的概念.P539 .無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位問(wèn)題的含義是指自綃的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定的方法提供節(jié)點(diǎn)的位置信息,這種自組織的網(wǎng)絡(luò)的定位可分為節(jié)點(diǎn)的自身的定位和目標(biāo)的定位、節(jié)點(diǎn)的自身定位是確定節(jié)點(diǎn)的自身位置的過(guò)程,目標(biāo)定位是確定

3、網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的一個(gè)事件或者一個(gè)目標(biāo)的坐標(biāo)的位置.P5810 .位置信息有多種分類的方法,通常位置信息有物理位置和符號(hào)位置兩大類.物理位置是指目標(biāo)在特定的坐標(biāo)系下的位置數(shù)值,表示目標(biāo)的相對(duì)或絕對(duì)的位置,符號(hào)位置指目標(biāo)與一個(gè)基站或多個(gè)基站接近程度的信息,表示目標(biāo)與基站之間的聯(lián)通關(guān)系,提供目標(biāo)大致的所在的范圍.P5811 .在多傳感器系統(tǒng)中所用到的傳感器可以分為有源傳感器和無(wú)源傳感兩種,有源傳感器發(fā)射某種形式的信息,然后接收環(huán)境和目標(biāo)對(duì)該信息的反射或散射信息,無(wú)源傳感器不發(fā)射任何形式的信息,完全靠接收環(huán)境和目標(biāo)的輻射倆形成源信息.P6612 .根據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量講行分類,可分為無(wú)損失融合和

4、有損失融合:13 .根據(jù)融合操作的級(jí)別,可分為數(shù)據(jù)集融合、特征級(jí)融合和決策級(jí)融合.14 .節(jié)點(diǎn)的故障檢測(cè)：根據(jù)檢測(cè)過(guò)程是否集中進(jìn)行,節(jié)點(diǎn)故障檢測(cè)可分為集中式故障檢測(cè)和分布式故障檢測(cè)兩種.P9115 .ZigBee一要定義了網(wǎng)絡(luò)、平安和應(yīng)用框架層,通常它的網(wǎng)絡(luò)支持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括星型結(jié)構(gòu)Star、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Mesh和簇樹(shù)型結(jié)構(gòu)ClusterTree.星型網(wǎng)絡(luò)最常見(jiàn),可提供很長(zhǎng)的電池使用壽命.網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可有多條傳輸路徑,具有較高的可靠性.簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)合可星型和網(wǎng)狀節(jié)后的特點(diǎn),既有較高的可靠性,有能節(jié)省電池電量.16 .藍(lán)牙可以提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信.在基于藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)中,所有設(shè)備的地位、都是平

5、等的.17 .根據(jù)源節(jié)點(diǎn)獲取路徑的方法來(lái)分類,無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議可以分為：主動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議、混合路由協(xié)議.根據(jù)節(jié)點(diǎn)參與通信的方式來(lái)分類,可以分為直接通信路由協(xié)議、平面路由協(xié)議、層次路由協(xié)議.根據(jù)路由的發(fā)現(xiàn)過(guò)程可以分為以位置信息為中央的路由協(xié)議和以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議.18 .保證QoS的路由協(xié)議是指在路由建立時(shí),考慮時(shí)延、丟包率等QoS參數(shù),從多條可行的路由中選擇一條最適合QoS應(yīng)用要求的路由.、簡(jiǎn)述題、簡(jiǎn)做題.1.現(xiàn)代信息技術(shù)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系圖見(jiàn)P21-2)根據(jù)傳感器的定義,傳感網(wǎng)落有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)娜N功能,而正對(duì)應(yīng)著現(xiàn)代信息技術(shù)的三大根底技術(shù),即傳感器技

6、術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù),它們分別構(gòu)成了信息系統(tǒng)的“感官、“大腦和神經(jīng)三個(gè)局部.因此,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)正是這三種技術(shù)的結(jié)合,可以構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的現(xiàn)代信息系統(tǒng).止匕外,由定義可得,傳感器、感知對(duì)象和用戶是傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)根本和要素.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是傳感器之間、傳感器與用戶之間最常用的通信方式,用于在傳感器和用戶之間建立通信路徑.協(xié)作式的感知、采集、處理和發(fā)布感知信息是傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本功能.2 .觀察下面的圖,說(shuō)明傳感器節(jié)點(diǎn)的能量問(wèn)題,說(shuō)說(shuō)可以采取什么方式節(jié)能由于傳感器節(jié)點(diǎn)體積微小,通常只攜帶能量十分有限的電池.如何高效地使用能量來(lái)最大化網(wǎng)絡(luò)的生命周期是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用必須考慮的問(wèn)題.傳感器節(jié)點(diǎn)消耗能量模塊包括

7、傳感器模塊、處理器模塊和無(wú)線通信模塊.由圖可以看出絕大局部能量消耗在無(wú)線通信的模塊上面.傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸信息時(shí)要比執(zhí)行計(jì)算時(shí)更消耗電能,在100米距離上傳輸1比特信息所需要的能量大約相當(dāng)于執(zhí)行3000條計(jì)算指令所消耗的能量.無(wú)線通信模塊存在發(fā)送、接收、空閑和睡眠四種狀態(tài).無(wú)線通信模塊在空閑狀態(tài)時(shí)會(huì)一直監(jiān)聽(tīng)無(wú)線信道的使用情況,檢查是否有數(shù)據(jù)發(fā)送給自己,而在睡眠狀態(tài)那么關(guān)閉無(wú)線通信模塊.無(wú)線通信模塊在發(fā)送狀態(tài)的能量消耗最大,在空閑狀態(tài)和接收狀態(tài)的能量接近,略少于發(fā)送狀態(tài)下的能量消耗,在睡眠狀態(tài)的能量消耗最少.因此,減少不必要的發(fā)送和接收,不需要通信時(shí)盡快進(jìn)入睡眠狀態(tài),都可以減少能量的消耗.3 .分級(jí)

8、結(jié)構(gòu)的原理,能說(shuō)明什么問(wèn)題.分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),也叫層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種擴(kuò)展拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)層分為上層和下層兩局部.上層為中央骨干的節(jié)點(diǎn),下層為一般傳感器節(jié)點(diǎn).通常,網(wǎng)絡(luò)可能存在一個(gè)或者多個(gè)骨干節(jié)點(diǎn),骨干節(jié)點(diǎn)之間或者一般傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用的是平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).具有會(huì)聚功能節(jié)點(diǎn)和一般傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間采用的是分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).所有骨干節(jié)點(diǎn)均為對(duì)等結(jié)構(gòu),骨干節(jié)點(diǎn)和一般節(jié)點(diǎn)有著不同的功能特性,每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)均包含相同的MAC、路由、治理和平安等功能協(xié)議,而一般傳感器節(jié)點(diǎn)一般沒(méi)有路由、治理和會(huì)聚的功能.這種分級(jí)網(wǎng)絡(luò)通常以簇的形式存在,根據(jù)功能分為簇首,即具有會(huì)聚功能的骨干節(jié)點(diǎn),稱之為clu

9、sterhead,以及成員節(jié)點(diǎn),即一般傳感器節(jié)點(diǎn),稱之為member0這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展性好,便于集中治理,可以降低系統(tǒng)建設(shè)的本錢,提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和可靠性.但是集中治理開(kāi)銷大,硬件本錢高,一般傳感器節(jié)點(diǎn)之間可能不能直接通信.藝術(shù)館問(wèn)題：設(shè)想藝術(shù)館的業(yè)主需要擺放照相機(jī),預(yù)防小偷盜竊.為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)算法需要答復(fù)兩個(gè)問(wèn)題：首先,到底需要多少個(gè)相機(jī)；其次,相機(jī)應(yīng)當(dāng)放在什么地方可以保證館內(nèi)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都至少能夠被一臺(tái)相機(jī)監(jiān)測(cè)到.假定相機(jī)可以有360度視角并且可以以極大的速度旋轉(zhuǎn),相機(jī)可以監(jiān)視任意地方,視線不受影響.問(wèn)題優(yōu)化就是要實(shí)現(xiàn)所需相機(jī)數(shù)量的最小化.在這個(gè)問(wèn)題中,藝術(shù)館通常被建模成一個(gè)二維平面的簡(jiǎn)單多

10、邊形,一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是把多邊形劃分成為不重疊的三角形,每個(gè)三角形里面放置一個(gè)相機(jī).通過(guò)三角測(cè)量法可以將多邊形分成假設(shè)干個(gè)三角形,這樣可以讓任意一個(gè)多邊形都被分成n/3個(gè)相機(jī)所監(jiān)視到,這里n表示多邊形包含的三角形個(gè)數(shù).這也是最糟糕的結(jié)果.在上面的圖中,放置兩個(gè)相機(jī)足夠覆蓋整個(gè)藝術(shù)館了.5.數(shù)據(jù)融合的主要方法P71通常,數(shù)據(jù)融合的大致過(guò)程如下,首先將被測(cè)對(duì)象的輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào),然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字量.接下來(lái),數(shù)字電信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理,濾除數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的干擾和噪聲,接著對(duì)經(jīng)過(guò)處理后有用的信號(hào)進(jìn)行特征提取,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合,或者直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行融合處理,最后輸出融合結(jié)果.A,綜合平均法：該方法是把

11、來(lái)多個(gè)傳感器的眾多的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的平均,適合同類傳感器檢測(cè)同一目標(biāo)的情況,這是最簡(jiǎn)單最直觀的數(shù)據(jù)融合的方法,該方法將一組傳感器提供的冗余信息進(jìn)行加權(quán)平均,并將融合的結(jié)果作為融合值.假設(shè)對(duì)一檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行了K次檢測(cè),那么綜合平均的結(jié)果是：k_WiSiu_i=1S二k“Wi1 -1其中Wi為分配給第i次檢測(cè)的權(quán)重.B.卡爾曼濾波法：用于融合低層的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)多傳感器的冗余數(shù)據(jù),該方法利用測(cè)量模型的統(tǒng)計(jì)特性,遞推地確定數(shù)據(jù)融合的估計(jì),該估計(jì)在統(tǒng)計(jì)意義上是最優(yōu)的.如果系統(tǒng)可以用一個(gè)線性模型來(lái)描述,且系統(tǒng)與傳感器的誤差均值符合高斯白噪聲模型,那么卡爾曼濾波將為數(shù)據(jù)融合提供唯一統(tǒng)計(jì)意義上的最優(yōu)估計(jì).卡爾曼的濾波

12、特性使得它特別適合在那些不具備大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)水平的系統(tǒng)中使用.應(yīng)用卡爾曼濾波后對(duì)n個(gè)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后,既可以獲得系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)估計(jì),又可以預(yù)報(bào)系統(tǒng)未來(lái)的狀態(tài).對(duì)所估計(jì)的系統(tǒng)狀態(tài)可以表示移動(dòng)機(jī)器人的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置和速度、從傳感器數(shù)據(jù)中抽樣的特征或者實(shí)際測(cè)量值本身.6 .基于測(cè)距的定位技術(shù)Min-Max定位方法P63錨點(diǎn)：指通過(guò)其他的方式預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn),有時(shí)也被稱作信標(biāo)節(jié)點(diǎn).多邊定位法的浮點(diǎn)運(yùn)算量大,計(jì)算代價(jià)高.Min-max定位根據(jù)假設(shè)干錨點(diǎn)位置和至待求節(jié)點(diǎn)的測(cè)距值,創(chuàng)立多個(gè)邊界框,所有邊界框的交集為一矩形,取此矩形的質(zhì)心作為待定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo).這種定位方法計(jì)算簡(jiǎn)單,后人多以此為根

13、底衍生出自己的定位方案.辛3,MimMa算定位方法塞班這位法的TF點(diǎn)運(yùn)IPffX,計(jì)算代餅高3坐標(biāo)(工,步)為根底,加上或減蠢良值4,得到錨點(diǎn)i的邊界框不一比,?一式乂_工+4M十&.MmVhx法定位原理本日I中取最大值,那么殳集短o3個(gè)錨點(diǎn)共同形成洪泛法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都十分突出,的場(chǎng)合；其缺點(diǎn)是存在信息爆炸問(wèn)題、在所有位置點(diǎn)+十區(qū)中取最小侑,在所有為交見(jiàn)矩形m&M(巧一也),maEy-&)*mmU.+&),皿山交叉矩形,矩形質(zhì)心即為所求節(jié)點(diǎn)的估計(jì)收置口7 .傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)例(P168-P169)8 .洪泛路由協(xié)議(簡(jiǎn)答/簡(jiǎn)述)洪泛路由協(xié)議(FloodingProtocol)是一種最早的路由協(xié)議,

14、接收到消息的節(jié)點(diǎn)以播送的彤式轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文給所有的鄰居節(jié)點(diǎn).源節(jié)點(diǎn)S希望發(fā)送數(shù)據(jù)給目的節(jié)點(diǎn)D,首先要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)分組傳送給它的一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn),各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)又將其傳輸給各自的鄰居節(jié)點(diǎn),除了剛剛給它們發(fā)送數(shù)據(jù)分組的節(jié)點(diǎn)S外.如此繼續(xù)下去,直到將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)D為止,或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生命期限為0為止,或者所有節(jié)點(diǎn)擁有此數(shù)據(jù)分組位置.圖7-1洪泛法的信息爆炸問(wèn)題圖7-2洪泛法的信息重疊問(wèn)題其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,適用于健壯性要求高出現(xiàn)局部數(shù)據(jù)交迭的現(xiàn)象和盲目使用資9 .能量路由計(jì)算P195能量路由是最早提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制之一,根據(jù)節(jié)點(diǎn)的可用能量PowerAvailable,PA或傳輸路徑上鏈路的能量

15、需求,選擇數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑.節(jié)點(diǎn)可用能量就是節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量.在如圖7-6所示的網(wǎng)絡(luò)中,源節(jié)點(diǎn)是一般功能的傳感器節(jié)點(diǎn),完成數(shù)據(jù)采集工作.會(huì)聚節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)節(jié)點(diǎn).大寫字母表示節(jié)點(diǎn),如節(jié)點(diǎn)A,節(jié)點(diǎn)右側(cè)括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的可用能量.圖中的雙向線表示節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路,E(PA=1)F(PA=4)在圖中,從源節(jié)點(diǎn)到會(huì)聚節(jié)點(diǎn)的可能路徑有4條.路徑1:源節(jié)點(diǎn)一BA會(huì)聚節(jié)點(diǎn),路徑上所有節(jié)點(diǎn)PA之和為4,在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為3;路徑2:源節(jié)點(diǎn)一CBA會(huì)聚節(jié)點(diǎn),路徑上所有節(jié)點(diǎn)PA之和為6,在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為6;路徑3:源節(jié)點(diǎn)一D一會(huì)聚節(jié)點(diǎn),路徑上所有節(jié)點(diǎn)PA之和為3,在該路上發(fā)送分組需要的能量之和為4;路徑4:源節(jié)點(diǎn)一FE會(huì)聚節(jié)點(diǎn),路徑上所有節(jié)點(diǎn)PA之和為5,在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為6.能量路由選擇策略主要有以下幾種：最大可用能量路由、最小能量消耗路由、最少跳數(shù)路由和最大最小PA節(jié)點(diǎn)路由.10 .無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)及分類簡(jiǎn)答/簡(jiǎn)述1 .