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无线传感器网络的路由协议的概念及其功能?
答:路由协议的作用是寻找一条或者多条满足一定条件的路径,从源节点到目的节点,将数据分组沿着路径进行转发。功能有俩:寻找从源节点到目的节点的最优路径,进行分组转发。
传感器网络的终端探测节点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?
答:终端探测节点的组成有:传感器模块:进行光温水气等环境数据的采集;处理器模块:进行数据处理,存储;RF射频模块:进行数据发送和数据接收;电源模块:进行模块的电源管理;
简述WSN 中,在通信过程中能耗主要来源于哪些方面?
答:数据采集:终端节点在进行数据采集时,需要耗费节点的能量。数据处理:处理器在进行数据处理的过程中需要耗费能量。数据传输:数据传输需要使用终端RF模块,RF模块是节点能量消耗的主要模块。
什么是无线传感器网络?构成无线传感器网络的三个基本要素是什么?
答:无线传感器网络是一种全新的信息获取品台,能够实时监测和采集网络分布区域内各种监测对象的数据,并将这些数据发送至网关节点,以实现范围内目标检测,追踪等。特点是快速展开,抗毁强。
三个基本要素是:传感器,感知对象,观察者。
简述无线传感器网络S-MAC协议的实现机制。
答:S-MAC协议是一种基于CSMA机制实现的MAC层协议。S-MAC协议采用了如下机制:
1.引入周期性侦听/睡眠的低占空比,控制节点的睡眠降低功耗
2.通过网络分配优化,避免串音
3.使用RTS.CTS降低碰撞发生几率
4.数据集中发送,减少控制消息消耗
5.将时间划分为帧,节省了能量开销。
简述WSN中数据融合技术,它在传感器网络中的作用是什么?
答:WSN中的数据融合是一种信息处理技术,它是指从从源目标处获得多个源的数据,并对数据进行整合,统一,得出精确,有效的数据。数据融合降低了通信过程的能源消耗,使得采集的数据更加精确,也提高了数据采集的效率(更加精准)。
为什么无线传感器网络需要节点定位?
答:节点定位分为测距的定位和非测距的定位。在普通数据采集传感器网络内,节点定位可以调整网络结构,优化网络流量,节约网络的开销,这类定位一般不会测定具体的位置。而室内定位和室外定位的传感器网络则需要准确的地理位置,这类定位通常是为了捕捉目标的具体地理位置。
在无线传感器网络通信节点怎么判断信道为“忙”?
答:无线传感器网络协议通过带冲突避免的多路载波侦听技术(CSMA技术)来判定信道是否空闲。在IEEE802.11协议中,物理层提供了物理载波侦听的方式,而MAC层则提供了虚拟载波侦听技术。
具体过程是:节点在发送数据前,发送RTS帧,另外一个节点收到请求后发送CTS帧,其他节点收到CTS后再一定时间内不进行数据发送,由这两个节点进行数据传送。
简述基于ZigBee的无线传感器网络架构,说明各类型设备的功能。
答:基于ZIgBee 的网络架构由三种,分别是星型,网型(Mesh),混合型。其中星型架构由一个中心FFD设备和其他可达65535的RFD从属设备构成,它结构简单,适用于节点数较少的场合使用;而网状拓扑结构则拥有较强的网络健壮性和系统可靠性,一般用于比较复杂的场景。混合网适用于大型场景。
zigbee中包含了三中类型的设备:终端节点:数据采集;路由节点:数据转发,路由路径建立,控制设备的加入退出;协调器:传感器网络的中心,负责建立网络,管理网络等。
简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理。
答:CSMA/CA,及载波监听多路访问冲突控制法。其工作原理是设备在发送数据前先进行请求建立传输通道,请求成功后,在进行数据传输。例如:A设备需要发送数据给B设备。A设备首先发送RTS帧给B设备,B设备收到RTS帧,广播一个CTS,当除开A设备的其他设备收到CTS帧时,根据其中的NAV信息确定未来一段时间内不进行数据传输,而A设备收到CTS,则开始发送数据;这样,就能保证一段时间内设备进行数据传输时不会发生冲突。
简述WSN中数据融合的作用、位置和具体实施方法。
答:数据融合的作用是减少信号发送次数,节约能量,提高数据准确性,提高数据采集的效率。
数据融合发生在处理模块中,在聚类路由协议网络中,簇头是进行数据融合的地方,在时间和空间上不同分布的传感器将数据采集后经由处理模块进行处理,融合,最后通过无线传输的模块发送出去。实施方法包括基于时间和基于空间的实施方案,及在不同时间采集数据进行融合和在不同空间采集数据激进行融合,通常情况下这两种方式联合使用。
传感器网络中常见的时间同步机制有哪些?实现时间同步的作用是什么?
答:目前比较成熟的时间同步机制主要有RBS,TINY/MINI-SYNC,TPSN等三种。实现时间同步有两大重要意义,分别是个传感器节点协同工作,共同完成数据采集,比如数据融合等概念;传感器电源管理,能量消耗等需要借助时间同步机制来实现。
目前无线传感器网络的通信传输介质有哪些类型?它们各有什么特点?
答:总体上分为电磁波和声波,声波主要用于水下无线传感器通信,比如声呐,雷达等,声波的特点是容易受到干扰,遇到障碍物容易被反弹,穿透性差。电磁波又可戏份为无线电波,可见光波,红外线,微波,毫米波,以及射线等。其中红外波主要用于短距离无线通讯,比如障碍识别,遥控器等,其特点是穿透性差,容易反射。无线电波是最主要的无线通讯介质。其特点是具有一定的可穿透性,可远距离传输也可近距离传输,抗干扰能力相对较强。
简述地理位置路由协议的特点。
答:网络中的节点利用GPS,三角定位系统等获取自身的地理坐标,在进行路由选择时,利用地理位置的特点进行数据分组的转发,以减少能量的消耗。这类协议主要包括PALR/LBM/GRID。
简述基于位置的路由协议中的能量感知(GEAR)路由协议的工作原理。
答:GEAR路由协议根据节点转发所消耗的能量和地理位置的特性,选择代价最小的方式进行数据转发。其转发采用了贪心算法的特性,共包含两个阶段。第一:判断邻居离目标区域最近的节点,将数据转发给邻居,若邻居比自己到目标远,则调用学习费用函数进行学习,将数据转发给其中一个最适合的节点。第二:若分组已经在目标区域范围,则采用受限的Flooding协议或者递归转发协议去寻找目标节点。
简述S-MAC的基本思想。
答:S-MAC协议是在IEEE802.11协议基础之上演变过来的,其主要针对于网络节省能量做了相应的调整。S-MAC协议中,上层与下层的数据包之间是包含关系,各层只需要处理各层对应的关系。在传输数据的过程中,S-MAC协议会选择在信道空闲时进行传输,而不会出现串音现象。各个节点之间通过时间同步的技术来保持侦听,睡眠的同步进行。S-MAC还采用了CSMA/CA的技术来避免冲突的发生。在S-MAC中,没有节点有一个NAV来保存其他节点的通信时间,这样可以减少冲突。运用S-MAC协议,可以减少网络能量开销,提高数据传输效率,对于资源受限的传感器节点非常适用。
以数据为中心的路由协议有什么特点?
答:以数据为中心的路由协议中,用户通常不用关系网络结构拓扑等信息,也不关心路由协议的具体实现方式,用户仅仅需要做的是通过向网络发送查询指令而得到一条或一系列的数据。
在分层路由协议LEACH(低功耗自适应聚类路由协议)协议中,是如何进行簇头选择的?
答:在LEACH中,簇头结点的选择采用的是随机轮询机制。在每一个轮当中,分为建立阶段和稳定阶段,建立阶段负责成簇和选举簇头,稳定阶段进行数据融合和发送。
什么是内爆?什么是重叠?各自的解决难度怎么样?
答:内爆是指同一个节点接收到同一个数据的许多相同副本的情况,比如flooding路由协议,解决内爆的方式是使用更加适合的路由协议,通过建立可靠数据传送通道来防止内爆,例如SPIN,定向扩散路由协议(DD)等等;重叠是指在一个区域内,各个传感器采集的数据在同一时间一定的空间内是相关联的,这些数据带有的信息大多是差别不大的,因此可能造成冗余的现象,会增加网络能量的负担,解决重叠的方式就是采用数据融合技术,将相关数据进行融合处理之后,得出更准确的数据在转发出去,可以节约网络能量,提高数据准确度,提高数据采集效率。
SPIN路由算法主要在哪些方面改进了经典泛洪协议?
答:经典泛洪协议中出现的信息内爆,部分重叠,网络资源利用不合理等现象。SPIN的出现正是为了解决这些问题。SPIN采用节点之间相互协商的方式进行数据转发。首先某节点广播一个小的ADV包,需要接收的节点广播一个REQ包,发送节点收到REQ后发送DATA给接收节点,其他节点则不作反应。
简述以数据为中心的路由协议—SPIN协议的特点。
答:SPIN有效解决了信息内爆,部分重叠,网络资源利用不合理等现象,其采取三种类型的数据包来进行数据转发。首先某节点广播一个小的ADV包,需要接收的节点广播一个REQ包,发送节点收到REQ后发送DATA给接收节点,其他节点则不作反应。但是SPIN也有其缺点,其采用主动发送数据给SINK节点的方式,不利于能源管理和路径优化。
无线传感器网络的时间同步协议设计必须要哪三个方面的问题?
答:第一个方面,数据发送,传输,接收等需要消耗时间,因此在设计时间同步协议时必须考虑这一部分时间差。第二方面,网络拓扑的不同也会影响时间同步;第三方面,数据在传递过程中,跳数的不同也会引入不同的时间误差。
什么是内同步?什么是外同步?
答:内同步是采用节点内部的时钟发生器产生始终信息,接收端在接收到数据后,从数据包中提取时钟信息,利用自身时钟发生器进行数据解析。外同步是指收发双方在进行数据收发之前先进行时钟调整,使得双方时钟保持一致。比如计算机内部RAM和CPU的同步工作。
基于测距技术的定位和无需测距技术的定位各自有什么特点?
答:基于测距技术的定位利用锚点的信息计算出某节点的具体地理位置,一般用于室内外定位,不适合能量少,成本低的领域。其测距方式大致有RSS法,TOA,TDOA等方法。
无需测距技术的定位是利用锚点计算出节点大致的所在区域,一般用于路由协议的优化和网络结构的优化,其特点是代价小,具有可扩展性。
基于测距技术的定位算法有哪些?各有什么特点?
答:1.Cricket定位算法,基于TDOA,室内,获取大致位置,而不是绝对位置。
2.质心定位算法:通过周围信标节点获取目标的大致区域
3.TOA,TDOA测距算法:利用时间差获取距离,在通过三遍定位法或极大似然法获取具体位置
4.AOA定位算法:后果计算距离和角度计算出目标的位置。
5.RSSI定位算法:使用信号强度计算出目标距离,从而估算位置。
6. DV-HOP定位方法:对硬件要求低,实现简单
7.Amorphous定位算法
8.APIT定位算法