无线传感器网络 | 期末复习知识点1

一、基础知识

1．WSN传输介质有哪些，每种介质特性（传播速度、距离、能耗等）

2．传感器灵敏度、方向性等特征，信号频率与响应度关系。

3．在无线网络通信中，能量消耗与通信距离存在关系。

4．无线传感器网络协议标准，网络层次结构和传统计算机网络区别等。

5．ZigBee物理层技术特点（通信信道数量、通信的速率等），ZigBee网络组网的容量，ZigBee网络层的拓扑结构技术特点。

6．传感器节点基本功能模块构成情况，各模块的功能特点。

7．无线传感器网络不同技术方案的基本特征。

8．无线传感器网络中无线传感器节点工作方式、工作特点、节点分类、能量控制等。

9．无线传感器网络的各种路由协议分类、工作特点、优劣性。

10．WSN中安全协议、密钥管理、认证方式。

11．WSN中时间同步方式、定位技术等。

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下面是解答：

1.WSN传输介质有哪些？每种介质的传播速度，距离，能耗等？

答：目前WSN主流的传输介质是无线电波，红外线作为可选传输方式，另外还有光波传输方式,超声波传送。其中在受干扰严重的情况下，无线电波的传输距离要远于光传播和红外传播，光传播和红外传播一般用于无遮挡环境下。能耗方面，无线电波较小，红外能量较大，可见光最大。

其中，无线电波中常用的是ISM频段，包括433-464MHz频段，902-928MHz频段，以及2.4-2.5GHz频段。这三者对比，在空间中传播速度相同，频率越低，传送距离越远，抗干扰强。相同情况下，采用频率高的功耗能得到降低。

2．传感器灵敏度、方向性等特征，信号频率与响应度关系。

答：传感器灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值，当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

方向性：传感器灵敏度是有方向性的，当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好（当传感器测量的数据是向量类型的时候，这时它具有一定的方向性，若是测量单向量型的数据，则要求其在其他方向灵敏度小的传感器）。

信号频率与响应度的关系：信号频率的变化引起电压电流的改变，我们称电压电流随着输入信号的改变而发生的变化为响应度，因此信号频率的改变会引起响应度的改变。

3．在无线网络通信中，能量消耗与通信距离存在关系。

答：通信距离越远，则需要的的能量越多。在无线传感器网络中，设备通常体积较小，能量携带有限，因此掌握能量和传输距离之间的平衡显得尤为重要。设计一个节约能耗的MAC层协议也就变得重中之重了。

4．无线传感器网络协议标准，网络层次结构和传统计算机网络区别等。

答：无线传感器网络协议中，物理层和MAC层协议由IEEE 802.15.4标准制定，而网络层，传输层和应用层则是由ZIGBEE联盟制定，ZIGBEE协议是建立在IEEE802.15.4标准之上的协议。

无线传感器网络结构与传统计算机网络5层结构类似，都分为物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层。其中区别在于无线传感器网络体系中还包括了能源管理平台，移动管理平台和任务管理平台。

5．ZigBee物理层技术特点（通信信道数量、通信的速率等），ZigBee网络组网的容量，ZigBee网络层的拓扑结构技术特点。

答：zigbee物理层中，通信信道总共27个，其中433-465KHz的占1个，902-928kHz的占10个，2.4-2.5GHz的占16个，通信速率上，433-465KHz为20kbps，902-928kHz的为40kbps，2.4-2.5GHz为250kbps。理论上来说，zigbee网络组网可达16级，默认情况下，一个协调器设备可控制加其它共65535个设备加入网络。

网络层多采用三种结构，星型结构，网状结构，树形结构。星型结构中有一个FFD节点和若干RFD节点，适用于节点较少的网络中；而网状结构具有强大的网络健壮性和系统可靠性，可适用于大部分复杂的场景。树形结构也称之为混合结构，是星状结构和网状结构的复合。

6．传感器节点基本功能模块构成情况，各模块的功能特点。

答:传感器节点的组成包括了如下部分：1.数据采集传感器：负责采集环境的数据，将模拟量通过传感器转换为数字信号。2.中央处理单元：负责将传感器传来的信号从存储空间中读出并进行简单处理，在送回存储空间。3.RF射频模块：负责将处理过的数据通过无线电波调制发送给其它节点。

7．无线传感器网络不同技术方案的基本特征。

答：星型结构：有一个FFD节点和若干RFD节点，适用于节点较少的网络中

网状结构：具有强大的网络健壮性和系统可靠性，可适用于大部分复杂的场景。

8．无线传感器网络中无线传感器节点工作方式、工作特点、节点分类、能量控制等。

答：无线传感器节点工作方式：终端节点--通过睡眠定时唤醒或者RF中断唤醒，采集数据并将数据发送给传送节点。路由器节点：通过睡眠定时唤醒或者RF中断唤醒，将数据转发给其它路由器节点，协调器：通过广播的形式广播网络，并接受其它节点的加入，待网络组建完成后，协调器也作为路由器节点加入网络中。

工作特点：终端---负责采集数据，并发送出去。路由器节点--负责转发收到的数据包；协调器---负责将数据库通过RS23等串口的形式将数据发送给用户。

节点分类：终端节点，路由器节点，协调器节点。

能量控制：设备在不进行数据采集或者发送的时间段内，进入睡眠模式来降低功耗。睡眠唤醒的方式有定时中断唤醒，RF中断，按键中断等方式。

9．无线传感器网络的各种路由协议分类、工作特点、优劣性。

答：按照无线传感器网络的结构、路由协议自身的特点及应用类型，将路由协议分为四种类型:

1.以数据为中心的路由协议 2.基于层次结构的路由协议 3.基于地理信息路由协议 4.基于多路径路由协议

工作特点：1用户不关系网络具体结构，只关心数据取得。2致力于降低网络能量消耗，延长网络的生命周期。3.利用地理信息将数据包转发给特定地理区域的节点，减少网络消耗。4.将数据分多路径转发，降低时延，提高网络可靠性，将能量均摊于各个节点之间。

答2：路由协议分类：1.简单的无结构路由协议（Flooding，Gossiping，SPIN，DD，RRP），2.树类路由协议（高弹性多经路由协议，SAR路由协议，LEACH，PEGASIS，H-PEGASIS路由协议，TEEN，APTEEN），3.地理路由协议（PALR，LBM,GRID）。

不同的路由具有不同的特点，没有最优与最劣的路由算法，只有最适合的路由算法。例如单个大棚环境只需要简单的Gossiping协议即可解决问题，就没有必要在使用如LEACH这样的复杂路由算法。

10．WSN中安全协议、密钥管理、认证方式。

答：WSN中安全协议主要分为两类，一类是基于基站的安全协议，一类是不依赖于基站的安全协议。密钥管理分类有4种，分别是 对称与非对称密钥管理方案 分布式和层簇式的密钥管理方案 按照网络运行后密钥是否更新（静态密钥管理，动态密钥管理） 按照网络密钥连接性程度分类（随机分配的密钥管理方案，确定分配的密钥管理方案）。

认证方式：认证方式是确保无线传感器网络安全的途径。安全认证一般分为节点身份认证，信息认证等两种。

11．WSN中时间同步方式、定位技术等。

答：