无线传感作业题.doc

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1、数据管理技术以及通信标准作业题：1、无线传感器网络与分布式数据库相比较，其特殊性体现在哪些方面？答：无线传感器网络处理的是无限、连续、实时、流式的数据。传感器节点上的存储、计算和能量资源非常有限，只有节省有限能量资源才能延长节点的使用期。数据传输路径上的中间传感器节点具有对本身采集的数据和其他节点转发来的数据进行融合、缓存、转发的能力，可以减少冗余数据在传输中耗费的网络资源。相邻节点采集的数据通常具有相似性，是从不同监测点得到的同一事件的相关数据，所以数据存在冗余性。网络中的数据源是大规模分布的传感器节点，节点采用与IP地址类似的全局编址或者局部标识，且标识一般与节点物理位置无关。2、无线传感

2、器网络数据管理的关键技术主要包括哪三个方面？ 答：无线传感器网络数据存储结构、数据查询处理技术、数据压缩和融合技术3、现有的无线传感器网络数据存储结构主要有哪四个类型？各自基本思想是什么？答：网外集中式存储方案、网内分层存储方案、网内本地存储方案、以数据为中心的存储方案 网外集中式存储方案:感知数据从数据普通节点通过无线多跳传送到网关节点，再通过网关传送到网外的基站节点，由基站保存到感知数据库中。 网内分层存储方案:这种网络中有两类传感器节点，一类是大量的普通节点，另一类是少量的有充足资源的簇头节点,用于管理簇内的节点和数据。簇头之间可以对等通信，网关节点是簇头节点的根节点，其他簇头都作为它的

3、子节点处理。 网内本地存储方案:数据源节点将其获取的感知数据就地存储。 以数据为中心的存储方案:以数据中心，将网络中的数据按内容命名，并路由到与名称相关的位置。4、数据查询可以根据查询要求的时间特性分成哪三种类型？对无线传感器网络而言，用户最经常使用的查询是哪种？答： 历史查询； 快照查询；连续查询。连续查询是用户最经常使用的查询。5、无线传感器网络查询系统是由哪两部分构成的？答：全局查询处理器和局部查询处理器6、已有的无线传感器网络查询处理方案有哪三种？答： 采用广播发布查询的方法； 采用特定路由方式； 采用定向扩散技术。7、IEEE 802.15.4 标准的主要特征有哪些？答：IEEE 8

4、02.15.4标准的主要特征： 工作在ISM频段上，其中在2450 MHz 波段上有16个信道，在915MHz波段上有30个信道，在868MHz上有3个信道； 实现20kbps、40kbps、250kbps不同的传输速率； 支持星型和点到点两种拓扑结构； 在网络中采取两种地址方式：16位地址和64位地址。其中16位地址是有协调器分配的，64位地址是全球唯一的扩展地址； 采用带冲突避免的载波侦听多路访问（Carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA）的信道访问机制； 支持ACK机制以保证可靠传输；8、什么是全功能器件

5、和简化功能器件？全功能器件可以按哪三种方式工作？ 答：全功能器件（FFD）：能实现所有MAC层功能，既可以作为网络协调器，也可以用作一组简功能设备的通用协调器。简功能设备（RFD）是具有简单处理、存储和通信能力的终端设备，能够实现MAC层的部分功能。其只能与已存网络相连接，并依赖于全功能设备进行通信。全功能器件的三种方式工作：个人域网协调器、协调器、器件。9、IEEE 802.15.4 物理层的主要功能是什么？ 激活和休眠无线电收发器 当前信道的能量检测 接收数据包的链路质量指示 信道频率选择 数据的发送和接收 空闲信道评估10、IEEE 802.15.4物理层以及MAC层各自的帧结构的格式。

6、MAC层的4种基本帧结构是哪些？答：物理层帧结构：MAC层帧结构：MAC层4种基本帧结构： 信标帧结构： 数据帧结构： 确认帧结构： 命令帧结构：11、IEEE 802.15.4 MAC层的主要功能有哪些？答： MAC通用部分子层提供数据服务，保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发。MAC子层管理实体提供管理服务，维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。12、描述MAC子层的两种服务，即数据服务和管理服务时用到的4个类型的原语是什么？ 答： 请求：由上层产生，向MAC层请求特定的服务 指示：由MAC层产生，通知上层与特定服务相关的事件发生 响应：由上层产生，通知MAC层结束

7、先前请求的服务。 确认：由MAC层产生，向上层通告先前服务请求的结果。13、ZigBee的主要特征是什么？答：低速率、低功耗、低成本、短延迟、近距离通信、免许可无线通信频段、三级安全模式14、ZigBee支持的三种网络拓扑结构是什么？答：星形、网状、树形15、ZigBee协议栈的核心部分是什么？它的主要功能是什么？答：ZigBee协议栈的核心部分是网络层。网络层的主要功能：1）确定网络的拓扑结构，拓扑结构的构建和维护、命名等；2）负责为加入和离开网络机制、应用安全帧的机制发现和保持设备之间的路径；3）有自组织、自维护功能，以最大程度减少消费者的开支和维护成本。16、ZigBee的应用层主要包含

8、哪三个部分？答：应用层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络，主要包含3部分： 1）应用支持子层（APS）：维护设备绑定表，具有根据服务及需求匹配两设备的能力， 且通过边界的设备转发信息；其次是设备发现，能发现在工作范围内操作的其他设备。 2）应用框架(AF)：为各个用户自定义的应用对象提供了模板式的活动空间，为每个应用对象提供给了键值对KVP服务和报文MSG服务供数据传输使用。 3）ZigBee设备对象(ZDO)：特殊应用层的端点，是应用层其他端点与应用子层管理实体交互的中间件。定义网络内其他设备的角色、发起或回应绑定请求、在网络设备间建立安全机制等。拓扑控制、数据融合、定位和时间同步作

9、业题：1、 什么叫拓扑控制技术？在无线传感器网络中，拓扑控制设计目标是什么？（书后题）答：拓扑控制技术是在保证网络的连通性和覆盖度的前提下，通过一定的功率控制或骨干网节点的选择算法，剔除节点间不必要的无线通信链路，生成一个节能高效的数据转发网络拓扑结构。拓扑控制设计目标：能量优化、覆盖度、连通性、算法的分布式程度、网络延迟、干扰和竞争、对称性、鲁棒性和可扩展性2、 拓扑控制协议基本的分类以及各自的基本原理和优缺点？答：（1）基于功率控制的拓扑控制： 基本思想：在满足网络连通度的前提下，通过节点功率控制或动态调整节点的发送功率，精简节点间的无线通信链路，保留生成一个高效的数据转发网络拓扑结构，在

10、保证网络拓扑结构连通的基础上，使得网络中节点的能量消耗最小。 优点：节点发送功率控制达到节省通信能量，减少通信干扰的目的 缺点：计算最小发送功率算法一般比较复杂，生成的拓扑结构复杂、稳定性差等。 （2）基于层次结构的拓扑控制： 基本思想：将所有的传感器节点分成一定的簇结构形式来控制网络拓扑，构建分层拓扑结构。 优点：簇内节点只与簇头通信，簇内节点的通信能量消耗大大减少，拓扑结构性好。 缺点：簇头节点的能量消耗大大增加，需要轮换当簇头，但是这样又会出现大量计算和协议开销，使得网络总体能量的消耗增大。3、 简述层次型拓扑控制的关键技术和分簇机制？答： 关键技术 层次分簇算法的核心是如何选择簇头集合

11、，并把剩余的节点划分到已经产生簇头 集合中。 分簇机制 通过簇头对簇内节点间的相关信息融合及转发机制减少数据的传输量和距离,进而降低通信能量,达到网络节能的目的。4、 LEACH协议中TDMA、CDMA机制是如何在MAC层中应用的？答：TDMA解决簇内信道分配、CDMA解决簇间信道分配5、 LEACH协议的优缺点？HEED算法对LEACH的主要改进是什么？答：优点：1、簇头进行数据融合，减少冗余数据量；2、在MAC层中使用了TDMA、CSMA、CDMA等机制来共同处理簇内与簇间的冲突问题；3、采用选举簇头算法，保证WSN能量消耗平均负载到各节点上；4、采用层次路由，路由路径选择比较简单，不需要

12、存储很大的路由信息。缺点：1、簇头选举随机性很强，可能会出现簇头集中在某一个区域的现象，造成簇头分布不均匀。2、信息的融合和传输都是通过簇头节点来进行，造成了簇头节点能量消耗过快的问题；3、发射机和接收机必须严格遵守时隙的要求，避免在时间上互相重叠，然而，维持时间同步又增加了一些额外的信令通信量。节点的时间表可能会需要较大的存储器。4、LEACH要求节点之间和节点与Sink点之间都能进行直接通信，网络的扩展性差，对于大规模网络而言，节点直接进行通信需要消耗大量的能量。并且采用单跳路由方式，增加了交换数据的能量。HEED优于LEACH之处：HEED算法采用了一种对普通节点和簇头节点都统一的机制来

13、衡量簇内通信的代价，而不是LEACH算法所使用的节点和簇头间的距离作为是否加入该簇的指标，这样可以协调簇头覆盖范围内所有节点的能量消耗，从而产生比较均匀的簇头分布。在簇头选举中考虑了节点的剩余能量情况，让剩余能量占初始能量比例更大的节点有更多的机会成为簇头，使得选出的簇头更适合担任数据转发任务，形成的网络拓扑结构更为合理，全网能量消耗更加均匀。6、 GAF算法的基本思想？答：根据节点的地理位置信息和节点的无线发射半径将网络部署区域划分为若干虚拟单元格，将节点按照其位置信息划分到相应的单元格中，相邻单元格的任意两个节点可直接通信。每一虚拟单元格内，定期选举并保持一个节点作为簇头，代表本单元格向相

14、邻单元格转发数据，且只有簇头节点处于工作状态，其他节点均进入休眠状态。7、 拓扑控制中的休眠调度技术的基本机制是什么，有何优点？答：（1）STEM：STEM算法包含两种不同的机制：STEM-B 和STEM-T。STEM算法使节点在整个生命周期中的多数时间内处于睡眠状态，适用于类似环境监测或者突发事件检测等应用。（2）ASCENT算法是另一种节点唤醒机制，其重点在于均衡网络中骨干节点的数量，并保证数据通路的畅通。8、 无线传感器网络中为什么要进行数据融合？其基本思想是什么？答：在无线传感器网络的信息收集过程中，采用各节点单独传送数据到汇聚节点的方法不太合适。相邻的节点采集的信息往往存在相似性（形

15、成冗余数据），各个节点单独传送冗余数据会定程度将浪费过多的通信带宽，消耗过多的能量，缩短整个网络的生存时间。 数据融合的基本思想是：在从各个节点收集数据的过程中，利用节点本地的计算和存储能力处理数据，去除冗余数据，尽量减少网络内的数据传输量，提高数据采集效率，达到减少能源的消耗，延长网络生命期的目的。 9、 简述数据融合根据不同角度的分类？答：根据节点处理的层次分为：分布式融合和集中式融合根据融合前后数据信息量的变化分为：无损融合和有损融合根据信息抽象层次分为：数据级融合、特征级融合、决策级融合10、数据融合技术对无线传感器网络带来的其他方面性能的牺牲包括哪些，为什么？答：时延性牺牲 、鲁棒性的牺牲时延性代价：在数据传送过程中，寻找易于进行数据融合的路由、进行数据融合操作、为融合而等待其他数据的到来，这些都可能增加网络的平均延迟。鲁棒性的代价：无线传感器网络相对于传统网络有更高的节点失效率及数据丢失率，数据融合可以大幅度降低数据的冗余性，但丢失相