【期末必记】无线传感器网络

1说出来几种常见的传感器
压力计，气压计，麦克风，加速度计，全球定位系统，湿度计
2.有源无源传感器的区别
有源传感器:传感器需要外部电源
无源传感器: 检测环境中的能量并从这种能量输入中获得动力。
3.常见电阻电容传感器工作原理
电容传感器：C=(ε×A)/d,其中 A 极板的面积，d 两极板之间的距离类似于电阻模型，这些参数中的任何一个参数的变化都将改变电容，电容式传感器。可用于测量运动、距离、加速度、压力、电场、化学成分和液体深度。
电阻传感器：原理：依靠改变导体的电阻率ρ，这种改变基于温度等物理特性。
4.常见的场景应用（2-3个）
冰河检测，电子牧场，医疗健康，森林火险监测、洪水监测、战场监督、医院的药物管理、居家自动化、车辆跟踪与检测

5.节点的架构

传感子系统，处理器子系统，通信子系统，电源子系统每一部分的功能
传感子系统：将传感器输出的连续模拟信号转化为数字信号
处理器子系统：功能-处理器子系统汇集了所有其他子系统和一些额外的外围设备。 目的-处理与感知、通信和自组织相关的指令
通信子系统：负责整个平台内部通信功能。
电源子系统: 供给电器设备所需的电能，并将电能转化为适合设备使用的电w压、电流和频率的系统。
6.ADC采样频率，ADC的分辨率(公式)
模数转化器（ADC）采样频率：在通信工程和数字信号处理中，采样频率由奈奎斯特定理决定。然而，在wsn中，奈奎斯特速率是不够的，由于噪声的存在，过采样是必要的。采样频率不过会产生混叠。
ADC的分辨率：表示可用于编码数字信号输出的比特数。 一个ADC的电压分辨率等于其整体电压测量范围除以离散时间间隔数
Q = Epp / 2M 其中：Q 是分辨率；Epp 是模拟电压的峰峰值；M 是 ADC 的分辨率位数。
7.三个架构（冯诺依曼，哈佛，超哈佛）区别和联系
联系：
①哈佛体系结构在冯·诺依曼结构基础上做了修改，它为存储程序指令和数据提供了独立的内存空间。每个存储空间通过一个单独的数据总线与处理器链接
②超级哈佛体系结构在哈佛体系结构的基础上增加了内部指令缓存器和未充分利用的程序存储器，并在处理器子系统内部提供了另一种访问 IO 设备的方式。
区别：
冯诺依曼结构和哈佛结构区别为：存储器结构不同、总线不同、执行效率不同。冯·诺依曼结构数据空间和地址空间不分开，哈佛结构数据空间和地址空间是分开的。
8.通信接口（SPI四个线的作用），（i2c的两根线以及协议标准，起始条件，终止条件）
SPI4根线及其作用：
(1) MISO- Master Input Slave Output,主设备数据输入从设备数据输出
(2) MOSI- Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入;
(3) SCLK - Serial Clock，时钟信号，由主设备产生:
(4) Cs - Chip Select，从设备使能信号，由主设备控制。
IIC：两根线及其作用：
一根数据线 (SDA) 和一根时钟线 (SCL)
相关协议标准：
起始和终止条件都是由主机 (master) 发起产生。总线在起始条件之后处于忙碌状态，在停止条件之后又处于空闲状态
起始条件: 时钟线SCL线是高电平时，数据线SDA线从高电平向低电平切换
停止条件: 时钟线SCL线是高电平时，数据线SDA线从低电平向高电平切换
重复起始条件:和起始条件相似，重复起始条件发生在停止条件之前主机想继续给从机发送消息时，一个字节传输完成后可以发送重复起始条件，而不是产生停止条件。
9.调度怎么实现（队列，轮训）
有两种调度机制: 基于队列的调度和轮询调度：
基于队列的调度可以进一步分为: 先入先出 (FIFO) 和排序队列（根据一定的标准进行排序）；
轮询调度是分时调度技术，它可以同时处理多个任务。调度程序通过将时间分成时隙来定义时间帧，通过复用的方式把时隙分配给任务。以此完成所有任务。
10.信源编码两种编码方式的区别
信源编码主要有冗余度压缩编码和熵压缩编码两种。
冗余度压缩编码可以保证码字母序列在译码后无失真地复原为源字母序列，
熵压缩编码只能保证译码时能按一定的失真容许度恢复源字母序列，但同时又能保留尽可能多的信息量。
11.信道编码常见的差错控制方法（三种）（过程描述清楚）
检错重发方式：又称为自动重发请求 (ARQ)，发送端发送能够发现错误的码，由接收端判断接收中有无错误发生。如果发现错误，则通过反向信道把这一判决结果反馈给发送端，然后发送端再把错误的信息重发一次
前向纠错方式 (FEC) : 发送端发送能够纠正错误的码，接收端收到后自动纠正传输中的错误，特点是单向传输。
混合纠错方式 (HEC) : 发送端发送既能自动纠错，又能检测的码。接收端收到码流后，检查差错情况，如果错误在纠错能力范围以内，则自动纠错如果超过了纠错能力，但能检测出来，则经过反馈信道请求发送端重发。
12.调制->超宽带的概念
相对带宽 Br 大于 20%或者带宽大于 500MHz
相对带宽定义为-10dB 带宽除以中心频率
Br=(fH-fL)/(fH+fL)/2
13.扩频通信的优点
扩频通信原理：—般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。一次调 制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解 调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩 部分。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的 基本思想和理论依据。
特点：1.抗干扰性强 2.隐蔽性好 3.保密性好 4.易于实现大容量多址通信
14.MAC静态分配方法（三种）
频分复用（FDMA） 时分复用（TDMA） 码分复用（CDMA）
动态分配：轮询控制、令牌传递、基于预约
15.基于竞争的访问（ALOHA,CSMA)的基本原理
ALOHA：只要有数据就发，这可能会发生冲突而使冲突帧内容被破坏。通过监听信道的回送可知它所发出的顿是否被破坏
CSMA：发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。
16.无线通信为什么用CA不用CD
多数无线收发机仅仅允许在单一的频率上以半双工方式通信。
当一个无线节点进行发送的时候，很大一部分信号的能量泄露到接收路径上。在同一频率上信号发射的功率远远超过接收到的信号功率。
由于无线信号的捕捉 (Capture) 特性，发送节点在发送的同时只能检测到自己发送的信号。
传统的局域网协议CSMA/CD不能用于无线环境。
17.隐藏终端，暴露终端的基本概念
隐藏终端基本概念：是指在接收节点的通信范围内，而在发送节点的通信范围外的节点
暴露终端基本概念：在发送节点的通信范围之内而在接收节点的通信范围之外的节点
18.LEACH协议工作原理和基本思想（过程描述出来）
原理：LEACH协议结合了 TDMA式的无竞争接入和WSN中的分簇思想一个簇由唯一的簇头和任意数量的成员组成，成员只能与各自的簇头通信。 在WSN中，分簇是一种常见的方法，该方法有利于簇内数据的融合以及数 据在网络内的处理，处理过后减少簇头需要发送到基站的数据量。它主要通过随机选择簇首，平均分担转发通信业务来实现
思想：基本思想是以循环的方式随机选择簇首节点，将整个网络的能量负载平均分 配到每个节点上，从而降低能耗、延长网络的生存时间。
19.S-MAC基本原理和思想
基本原理：
S-MAC采用占空比的实现方法，即节点周期性地在侦听状态和睡眠状态之间转换。为了能够同时进入睡眠或侦听模式，可以通过节点的调度表实现，但实际上每个节点都有自己独立的调度表。因此，具有相同调度表的节点被认为是属于同一个虚拟簇，但是这个簇不是真实存在的，虚拟簇内的所有节点都可以自由地与虚拟簇之外的节点进行通信
基本思想：
(1)采用周期性睡眠和监听方法减少空闲监听带来的能量损耗。对周期性睡眠和监听的调度进行同步，同步节点采用相同的调度，形成虚拟簇，同时进行周 期性睡眠和监听，适合多跳网络
(2) 当节点正在发送数据时，根据数据顿特殊字段让每个与此次通信无关的邻居节点进入睡眠状态，减少串扰带来的能量损耗。
(3) 采用消息传递机制，减少控制数据带来的能量损耗
20.T-MAC为什么提出，原理，比较S-MAC为什么更省电，基本思想
1.因为通过缩短空闲侦听时间来进一步降低能耗。
2.原理：负载越大，要求休眠时间越短，否则消息延迟就会过大。
3.因为为了满足网络通信延迟的需求，SMAC的休眠周期选择必须满足网络最大负载情况下的需要，但这导致在网络负载较低的时候因空闲侦听问题而浪费大量能量
4.基本思想：
节点周期性地被唤醒，在休眠期间的消息要等到下次醒来后再处理
节点醒来后，如果在指定时间TA ( time active) 内未发生需要节点继续工作的激活事件 (activation event) ，节点就立刻休眠
TA决定了每个周期内节点的最小空闲侦听时间，但该值也不能太小，否则会使消息传输的延迟增大
21.洪范的图片和过程

过程：发送节点把数据包广播到邻节点，这些节点重复这个过程再次将数据包转发到其各自的邻节点，直到所有节点已经收到了数据包或者数据包已经达到最大限度的跳转

22.定向扩散路由DD的思想和过程（三个过程）
原理：定向扩散模型DD是一种以数据为中心的信息传播协议，是专门为无线传感器网络设计的路由策略。
主要思想：将来自于不同源节点所发送的数据聚合起来
过程：
1.整个过程可以分为兴趣扩散、梯度建立以及路径加强三个阶段
2.兴趣扩散阶段：该阶段采用泛洪的方式传播Sink节点的“兴趣”消息到网络中所有节点。
3.在“兴趣”消息的传播过程中，协议逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到Sink节点的梯度场，传感器节点将采集到的数据沿着梯度场传送到Sink节点，梯度场的建立根据成本最小化和能量自适应原则。“兴趣”扩散完成之后，网络的梯度建立过程也就完成了。
23.GPSR基本原理
贪婪周边无状态路由协议主要包括转发数据包的两类方法:贪婪转发和周边转发。 贪婪转发是该算法的核心部分。简单来说，贪婪转发方法就是寻找最接近目的位 置的一跳邻节点，然后向此节点转发数据包的方法；周边转发方法是在贪婪转发 模式的补充，解决在执行贪婪转发失败的区域进行数据分组转发的困境。 GPSR 的优势在于，只需要保存一跳邻节点的状态信息，路由开销小；并且随着 网络节点数的增加，比距离向量路由（DV）或链路状态路由(LS)有更强的扩展性。 即使网络内节点移动频繁，GPSR 协议都可以基于一跳邻节点的信息，迅速找到 替代路由。

24.802.15.设备类型（全功能设备，经典功能设备）结构：点对点，星型的
25.zigbee协议的设备类型（网络协调器，路由器，终端设备）
协调器：创建 ZigBee 网络
路由器：维护 ZigBee 网络
终端设备：发送和接收数据
ZigBee网络由一个协调器、多个终端设备以及多个路由器组成。
26.时间偏移，时钟飘移基本概念
时钟偏移：晶振计时的时刻与实际时刻的差值，反映计时的准确性
时钟飘移：时钟的偏离值，反映晶振的稳定性
27.基于测距定位技术的方法
三边定位和多边定位：
信号强度，信号传播时间/时间差/往返时间，接受信号相位差，近场电磁测距
接受信号角度定位
质心算法：质心定位算法是通过计算发送信息的锚节点所组成的多边形的质心做为未知节点 的坐标位置的一种算法。质心算法基于网络连通性对未知节点进行定位，无需锚 节点与未知节点进行协同操作，是一种非常简单而且易于实现的定位算法，对于 那些对定位精度要求不高的应用，质心算法是一个很好的定位方法。
28.RSSI 测距的方法 ：
RSSI 是射频信号理论术语，主要应用于发射机和接收机之间的距离测量。该方法 是依据接收信号能量强度确定距离，对通信信道参数要求较高。其测距理论是： 依据无线电波或声波在介质中传输，信号功率是随传播距离衰减的原理。根据信 标节点已知信号的发射功率和节点接收的信号功率，通过信号与距离之间的衰减 模型，就可以计算出节点间的距离。
大题：