无线传感器网络试卷以及答案

期末考试《无线传感器网络技术与应用》（A卷）参考答案及评分标准 命题人签名 孙常明 系（教研室）主任签名 适用专业及方向：物联网工程（所有方向） 层次：本科 年级：2013级 限时：90分钟 考试形式：闭卷 考场要求：笔试 题号 得分

一、选择题（请将正确答案填写在括号内。每小题2分，共30分）

得 分 评卷人

一 二 三 四 总分 1、以下属于物理层的设备是（A） A、中继器

B、以太网交换机

C、桥

D、网关

2、路由选择协议位于（C）。 A、物理层

B、数据链路层 C、网络层

D、应用层

3、MAC的是指（B）。 A、逻辑链路控制子层 C、物理层

B、介质访问控制子层 D、数据链路层

4、在同一个信道上的同一时刻，能够进行双向数据传送的通信方式是（C）。 A、单工

B、半双工

C、全双工

D、上述三种均不是

5、以下属于物理层的设备是（ A ） （A）A、中继器

B、以太网交换机C、桥

D、网关

6、下列哪一项不是flooding和gossiping路由协议的问题（ A ） A、协议设计复杂 C、部分重迭

B、信息内爆

D、网络资源利用不合理

7、在通信系统中，传输速率属于通信系统性能指标中的（ A ）。 A．有效性

B．可靠性

C．适应性

D．标准性

8、对模拟信号进行模/数字转换后会产生( A )。 A．失真

Ｂ．干扰

C．失真+干扰

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Ｄ．失真或干扰

9、观察传感器的信号波形图应使用的仪表是（ C ）。 A、频率计

B、万用表

C、示波器

D、扫频仪

10、WLAN的通信标准主要采用( C )标准。

A．IEEE802.2 B．IEEE802.3 C．IEEE802.11 D．IEEE802.16 11、无线局域网相对于有线网络的主要优点是( A )。 A．可移动性

B．传输速度快 C．稳定性高

D．通信质量好

12、以下不属于无线网络面临的问题的是( C )。 A．无线信号传输易受干扰 C．无线网络的市场占有率低

B．无线网络产品标准不统一 D．无线信号的安全性问题

13、无线传感器网络的基本要素不包括( C )。 A．传感器

B．感知对象

C．无线AP

D．观察者

14、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( D )。 A.线性度越好 B.迟滞越小

C.重复性越好

D.分辨力越高

15、在网络中，所有的节点均连接到一条通信传输线路上，在线路两端连有防止信号反射的装置，这种连接结构被称为（ A ）。 A.总线结构

B.环型结构

C.星型结构 D.网状结构

二、填空题（请将正确答案填写在括号内。每空1分，共20分）

得 分 评卷人

1. 无线传感器节点的基本功能：采集数据、（数据处理）、控制、（通信） 2. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展、（梯度建立）、（路径加强） 3. IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层、（介质访问控制层）

4.无线传感器网络的关键技术主要包括：网络拓扑控制、（网络协议）、（时间同步）、（定位技术）、数据融合及管理、（网络安全）、应用层技术

5. 传感器网络中常用的测距方法有：（信号强度）、（到达时间/到达时间差）、到达角

6. 无线传感器网络的组成模块分为：（通信模块）、传感模块、（计算模块）、存储模块和（电源模块）。传感器节点的能耗主要集中在（通信模块）

7. ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑结

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构：（星型(Star)）、网状、（混合型）

8. ZigBee技术建立在（802.15.4标准）基础上，由（ZigBee联盟）对其进行标准化

9. TDOA测距方法是（到达时间差测量法） 三、简答题（每题6分，共 30分）

得 分 评卷人

1、写出下图802.11协议所有英文单词的意义，以及下图所要实现的任务

RTS:请求帧，DATA:传输数据，CTS：应答真，ACK：确认帧，NAV：网络分配矢量

此图是说明A节点与B节点进行数据通信，同时告知C节点占用信道的情况，B收到A的请求后确认A节点的请求信息，同时告知D节点信道占用情况。同时由图可以看出C节点在A节点的通信范围内，D节点在B的通信范围内，但不在A节点的通信范围内

2、请写出flooding和gossiping路由协议的基本思想

Flooding和Gossiping两个路由协议是传统网络中最为经典和简单的路由协议，它们都是基于洪泛机制的路由协议

Flooding路由协议不要求维护网络的拓扑结构和相关路由计算，仅要求传感器网络节点在接收到信息后以广播的方式向邻居节点转发数据包，邻居节点重复执行上述过程（转发时除去刚刚发送给它们的节点），直到数据包到达目的地或者该数据包的生命周期结束。

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Gossiping路由协议，即闲聊路由协议是对Flooding路由协议的改进，当节点接收到数据之后，并不是像Flooding协议那样，采用广播形式将数据包发送给所有邻居节点，而是按照一定概率随机地将数据包转发给邻居节点中不同于发送节点的某一个节点，这个节点以相同的方式向其邻居节点进行数据转发直到数据到达汇聚节点。

3、请写出定向扩散路由协议进行网络优化的步骤和基本思想

定向扩散路由协议（Directed Diffusion）简称DD路由协议，是一种典型的以数据为中心，基于查询的路由机制。

定向扩散路由协议对网络的优化主要分为3个阶段：兴趣消息扩散、数据传输梯度建立、路径加强

汇聚节点根据不同的应用需求定义不同的兴趣，通过洪范方式发送至局部节点，每个节点根据缓存中的兴趣列表，沿着兴趣消息发送方向的反向建立数据传输梯度，当兴趣消息到达源节点后，源节点则将数据沿着之前建立好的传输梯度进行正向传输，直到汇聚节点

4、画图并简述ZigBee的通信过程

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5.为什么无线传感器网络需要节点定位，简述基于距离的定位算法三边测量算法、三角测量算法的工作原理？

传感器节点的自身定位是传感器网络应用的基础。许多应用都要求网络节点预先知道自身的位置，并在通信和协作过程中利用位置信息完成应用要求。若没有位置信息，传感器节点所采集的数据几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的应用中，节点的定位成为关键的问题。

基于距离的定位算法：通过测量节点与信标节点间的实际距离或方位进行定位三边测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点D的距离，确定节点D的坐标

三角测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C的角度，确定节点D的坐标；

四、分析设计题（每题10分，共20分）

得 分 评卷人

1、下图是物理层的帧结构，请说明各个部分的意义

同步头主要完成同步作用，其中前导码主要完成片同步和符号同步，SFD为帧起始界定符，标示分组开始。物理帧头1字节，帧长度7bit，标示数据单元的长度不会超过127字节，数据服务单元即是我们所要发送的数据

2、画图并说明基于距离的定位原理以及距离误差克服方法

已知3个信标节点的坐标和其中1个未知节点到3个信标节点的距离，求该未知节点的坐标。

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设未知节点D的坐标为（x，y），信标节点的A、B、C的坐标分别为（xA，yA）、（xB，yB）、（xA，yC），未知节点到3个信标节点的距离分别为dA、dB、dC，则 从而可以推出未知节点的坐标

如果测量过程中存在误差，可以适当增加信标节点的个数，则每个距离都存在误差，应用最小二乘估计选择D的坐标为（x，y），使误差的平方和达到最小

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