第第2頁共2頁第第2頁共2頁一、名詞解釋無線傳感器網絡WSN是wirelesssensornetwork的簡稱，即無線傳感器網絡。無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素WimaxWiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess),即全球微波互聯接入。WiMAX也叫802.16無線城域網或802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術，能提供面向互聯網的高速連接，數據傳輸距離最遠可達50km。傳輸速率能達到30-100Mbps或者更高，WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業務豐富多樣等優點。WiMAX的技術起點較高，采用了代表未來通信技術發展方無線個域網無線個域網采用無線介質代替傳統的有線電纜，實現個人信息端的互聯，組建個人信息網絡。WPAN是一種與無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)、無線局域網(WLAN)并列但覆蓋范圍相對較小的無線網絡。在網絡構成上，WPAN位于整個網絡鏈的末端，用于實現同一地點終端與終端間的連接，如連接手機和藍牙耳機等。WPAN所覆蓋的范圍一般在10m半徑以內，必須運行于許可的無線頻段。WPAN設備具有價格便宜、體積小、易操作和功耗低等優點。TDMATDMA(TimeDivisionMultipleAccess)時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)，每一個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發向多個移動終端的信號都按順序安排在預定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內接收，就能在合路的信號中把發給它的信號區分并接收下來。無線廣域網無線廣域網進一步擴展了傳統的無線網絡范圍，是一種覆蓋范圍更廣的無線網絡，提供更方便和靈活的無線接入。特點傳輸距離＜15km,傳輸速率大概3Mbps,發展速度更快。無線自組織網無線自組織網又稱無線對等網絡，是由若干個無線終端構成的一個臨時性，無中心的網絡，網絡中也不需要任何基礎設施。這種網絡具有其獨特的優點和用途，可便捷地實現相互聯接和資源共享。無線自組織網絡(mobilead-hocnetwork)是一個由幾十到上百個節點組成的、采用無線通信方式的、動態組網的多跳的移動性對等網絡。其目的是通過動態路由和移動管理技術傳輸具有服務質量要求的多媒體信息流。通常節點具有持續的能量供給。無線城域網無線城域網(WMAN)是以無線方式構建的城域網，提供高速的互聯網接入，它是在WLAN的基礎上發展而來的。WMAN是為了滿足寬帶無線接入的需求,解決城域網的最后一公里接入問題，代替電纜，數字用戶線，和光纖等，以IEEE802.16標準為基礎的無線城域網，覆蓋范圍達幾十公里，傳輸速率高，并提供靈活、經濟、高效的組網方式，支持固定和移動的寬帶無線接入方式。FDMA頻分多址(frequencydivisionmultipleaccess,FDMA)是把總帶寬被分隔成多個正交的頻道，每個用戶占用一個頻道。例如，把分配給無線蜂窩電話通訊的頻段分為30個信道，每一個信道都能夠傳輸語音通話、數字服務和數字數據。頻分多址是模擬高級移動電話服務(AMPS)中的一種基本的技術，是北美地區應用最廣泛的蜂窩電話系統。采用頻分多址，每一個信道每一次只能分配給一個用戶。頻分多址還用于全接入通信系統(TACS)。無線體域網無線體域網，英文為BodyAreaNetwork(BAN),通常是小型或微型的無線網絡，是附著在人體身上的一種網絡，由一套小巧可移動、具有通信功能的傳感器和一個身體主站(或稱BAN協調器)組成。無線家居網無線家居網全稱無線家庭自動化網絡，主要面向家庭或室內用戶，實現舒適，高效的室內設施管理、監測和控制。相比有線網絡方案，無線網絡更易靈活和易擴展，安裝實施更經濟。但也存在技術挑戰和難點。二、簡答題目前的骨干網絡大多為光纖傳輸，部分城市實現了光纖到戶，為此是否可以完全用光纖取代所有其他類型的網絡？答：不能取代所有其他類型的網絡。由于光纖屬于有線網絡的范疇，無法取代一些只適用于無線網絡的應用，如無線傳感器網絡(WSN)。無線節點A和C同時想與B通信，此時會產生什么問題？如何解決？答：隱藏節點問題。可使用RTS和CTS機制，參考3.8.1節。無線節點B想與A通信，同時，節點C想與D通信，此時會產生什么問題？如何解決？答：暴露節點問題。可采用RTS/CTS機制，參考3.8.2節。為什么說無線城域網解決了最后一千米的接入問題？試分析。答：WMAN能有效的解決有線方式無法覆蓋的地區的寬帶接入問題，有較完備的QoS機制，可根據業務需要提供實時。非實時不同速率要求的數據傳輸服務，為居民和各類企業寬帶接入業務提供新的方案。無線傳感器網絡是在什么背景下產生的？具有什么現實意義？答：參考7.1.1節。微電子學領域的微機電系統對智能傳感器技術的發展起著支撐作用，其包含了微型機構、微型傳感器、微型執行器、微型信號處理和控制電路、微型接口、微型通信、微型電源等部件。在微電子技術、嵌入式計算技術和通信技術的發展和支撐下，兼具感知、計算和通信能力的無線傳感器網絡進一步引起了人民的關注。現實意義：WSN綜合了傳感器、嵌入式計算、分布式信息處理和無線通信等技術，能協作地實時監測、感知和采集網絡區域內的各種環境和監測對象的信息并予以處理和傳輸，發送給需要的用戶。WSN可使人們在任何時間、任何地點和任何環境條件下獲得大量翔實可靠的物理世界的真實信息，可廣泛應用于國防軍事、公眾安全、環境監測、交通管理、醫療衛生制造業、野外作業和搶險抗災等領域無線傳感器網絡的網絡結構有哪些？各具有什么特點？答：參考7.2.4節。平面結構：平面結構比較簡單，所有節點的地位平等，所以又稱為對等式結構。源節點和目標節點間一般存在多條路徑，網絡負荷由這些路徑共同承擔，一般情況下不存在瓶頸，網絡健壯性好。分級結構：分級結構中，一個WSN被劃分為多個簇，每個簇由一個簇頭和多個簇頭成員組成。簇頭間可形成高一級網絡，簇頭負責簇間數據轉發，簇成員只負責數據采集，這樣就減少了路由控制信息的數量，可擴展性好。簇頭可預先指定，也可由節點使用分簇算法隨時選舉產生，使分級結構有很強的抗破壞性。什么是無線個域網？它與其它無線網絡相比有哪些不同？答：參考8.1.1節。無線個域網采用無線介質代替傳統有線電纜，實現個人信息終端的互連，組建個人信息網絡。傳統有線網絡中，各種外設與計算機間的連接與通信往往需要各種線纜直接聯結，存在許多不便，因此對各種設備間的無線連接需求越來越強烈。于是WPAN應運而生，它是為了實現活動半徑小(如幾米)、業務類型豐富、面向特定群體的連接而提出的新型無線網絡技術。WPAN是一種與無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)、無線局域網(WLAN)并列但覆蓋范圍更小的無線網絡。無線個域網可分為幾類？具體各有什么特點？答：參考8.1.2節。通常將WPAN按傳輸速率分為低速、高速和超速3類。廠：o.smjps廣ffilWPAEIJ通信3矚：10mL工率：2.401=55iMbps_丿高速WPAhY通信距喜：10m啓T域網~SI工刪率二2.4012"110/200/4SOWsJ'超高速WPAH—：通信1!矚：lOnu4m和4m決下匚匸作頻率：3.1-10.6GHz；低速WPAN結構簡單、數據率低、距離近、功耗低、成本低、可廣泛用于工業、辦公和家庭自動化及農業等。高速WPAN適合大量多媒體文件。短時的音視頻傳輸。超高速WPAN，速率可達110-480Mbps。支持IP語音，高清電視，家庭影院，數字成像和位置感知等信息的高速傳輸。其特點包括近距離的高速率，較遠距離的低速率，低功耗，共享環境下的高容量，高擴展性。什么是無線車載網絡？它與其它無線網絡相比有哪些不同？答：參考10.1節。無線車載網絡是智能交通的核心技術基礎，作為新型的車輛通信網絡，可實現車輛與車輛之間。車輛與路邊基礎設施之間的多跳無線通信，為車輛提供多種安全應用和非安全應用。無線網絡（wirelessnetwork是采用無線通信技術實現的網絡。無線網絡既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網絡，也包括為近距離無線連接進行優化的紅外線技術及射頻技術，與有線網絡的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術取代網線，可以和有線網絡互為備份。無線車載網絡如何根據應用分類？答：參考10.2.1節。無線車載網絡相關應用包括主動道路交通安全應用、交通效率和管理應用以及信息娛樂應用。第2頁共2頁第第2頁共2頁第第2頁共2頁主動道路交通安全應用據統計，交通事故中有相當比例涉及交叉路口碰撞、迎面碰撞、追尾碰撞、和側面碰撞。主動道路交通安全應用主要為司機提供信息和幫助，避免上述碰撞。預測碰撞的路邊單元與車輛之間共享信息，可提供車輛位置、交叉位置、速度和距離導航等信息。此外，車輛與路邊單元的信息交換可提示濕滑地段或坑洼地帶等危險區域。交通效率和管理應用交通效率和管理應用的重點是改善流量。交通協調和交通援助，提供最新位置，如地圖信息和相關空間或時間信息。速度管理和導航合作是兩種典型應用。速度管理主要幫助駕車人管理車速，順利駕車，避免不必要的停車，常見的應用是監控速度限制通知和綠燈最優速度咨詢等。而導航合作則通過車輛間合作和和車輛與路邊單元協作，提供導航以提高交通效率，常見的應用是交通信息和建議行程以及合作自適應巡航控制。信息娛樂應用無線車載網絡的信息娛樂應用可分為兩大類。一個是可以從本地得到的信息娛樂服務，如本地活動，本地電子商務和多媒體下載等。另一個是互聯網服務，獲知如何保險和金融服務、車隊管理和停車區管理等。無線車載網絡的功能要求有哪些？答：①無線通信能力、②網絡通信能力、③汽車絕對定位能力、④其它車輛能力、⑤車輛通信安全能力，具體內容參考10.2.2節。三、問答題1．試分析和比較無線網絡和有線網絡，可以從傳輸方式、組網結構等方面進行比較。答：有線網絡須架設電纜，挖掘電纜溝或架設架空明線；而無線鏈路則無需架線挖溝，線路開通速度快，將所有成本和工程周期統籌考慮，無線鏈路成本節省。有線網絡電纜數量固定，通信容量有限，而無線網絡相對更靈活，隨時增加鏈路，安裝、擴容方便。通信質量方面，無線網絡和有線網絡的通信質量均會隨線路距離擴展而下降，如果配備中繼設備，可予以改善。2.什么是Adhoc網絡和MANET?它具有哪些特點？答:Adhoc網是一種多跳的、無中心的、自組織無線網絡，又稱為多跳網(Multi-hopNetwork)、無基礎設施網(InfrastructurelessNetwork)或自組織網(Self-organizingNetwork)。整個網絡沒有固定的基礎設施，每個節點都是移動的，并且都能以任意方式動態地保持與其它節點的聯系。在這種網絡中，由于終端無線覆蓋取值范圍的有限性，兩個無法直接進行通信的用戶終端可以借助其它節點進行分組轉發。每一個節點同時是一個路由器，它們能完成發現以及維持到其它節點路由的功能。MANET是移動AdHoc網絡（又稱移動多跳網或移動對等網）是一種特殊的在不借助任何中間網絡設備的情況下，可在有限范圍內實現多個移動終端臨時互聯互通的網絡。MANET的特點：拓撲結構動態變化，無固定通信設施，網絡節點隨機移動；資源有限，節點的能量和網絡帶寬有限；多跳通信，實現不同覆蓋網絡間的源與目標主機間的通信；安全性較低，無線信道易受竊聽、篡改、偽造等攻擊的威脅3．常見的網絡安全威脅有哪些？如何進行有效防御？答：安全威脅參考12.1.1節。防御技術參考12.2.2節常見的網絡安全威脅包括密碼分析攻擊、中間人攻擊、洪范攻擊、協議漏洞攻擊、病毒、木馬和蠕蟲等。為了對付網絡安全威脅，許多機構和研究者陸續開發出各種防御技術及相關軟硬件產品，包括密碼編碼學、安全協議、防火墻、虛擬專網和入侵檢測系統等。4．什么是衛星網絡？與其他無線網絡相比有何不同？答：衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站，轉發兩個或多個地球站之間進行通信的無線電信號。這里的地球站指位于地球表面（陸地、水上和低層大氣中）的無線電通信站，而轉發地球站信號的人造衛星稱為通信衛星。衛星網絡與其它通信方式相比，具有以下特點：①通信距離遠，覆蓋面積大，費用與通信距離無關。②便于實現多址連接通信。③通信頻帶寬，傳輸容量大。④機動靈活。⑤通信線路穩定可靠，傳輸質量高。⑥成本與通信距離無關。5．無線傳感器網絡是在什么樣的背景下產生的？具有怎樣的現實意義？6.衛星網路的組網方式有哪些？各具有什么特點？答：1）基于地面的組網方式：網絡功能主要有地面網絡提供，每顆衛星都是一個位于太空中的中繼器，接受地面用戶發來的數據劉，然后轉發給地面站。地面站作為地面網絡架構中的網關，而衛星則是擴展地面網絡的無線網絡的最后一跳。這種方式有全球星和ICO,由于衛星在整個系統中負責最后一跳的連接，所以該組網方式的拓撲結構較隨意，衛星網絡將網絡功能與空間傳輸的數據相互分隔，允許各自考慮網絡層和報文設計。2）基于空間的組網方式：網絡功能主要由衛星網絡提供，每顆衛星都有著各自處理能力，而且衛星都作為網絡路由器，可通過使用星際鏈路（ISL）和相鄰衛星進行通信、空間組網方式中，衛星必須支持星載路由和交換機制。此時該衛星星座實際上就是一個獨立系統或自治系統。空間組網方式中，衛星之間可直接進行網絡互連和路由，減少了星地間的通信量，而星地間通信所依賴的信道資源往往很有限。7．無線傳感器網絡具有哪些特點？面臨什么樣的挑戰？答：WSN除具有AdHoc網絡的自組織性等特征以外，還有許多特點：①網絡規模大。②低速率。③低功耗。④低成本。⑤短距離。⑥高可靠。WSN面臨的挑戰：①通信能力有限，需要高質量完成感知信息的處理與傳輸。②電源能量有限，需要節約能量，使網絡生命周期最大化。③傳感器計算能力有限，要讓大量僅具有限計算能力的傳感器進行協作分布式信息處理。④傳感器數量大、分布范圍廣，軟硬件必須具有高健壯性和高容錯性。⑤網絡動態性，WSN應具有可重構性和自調整性。⑥大規模的分布式觸發器。⑦感知數據流巨大。⑧以數據為中心。衛星網絡的拓撲結構有哪些？各具有什么特點？答：1）星型拓撲。通常由一顆衛星為中心節點，其他衛星通過中心進行通信，其優點是結構簡單，軌道設計和實現的難度相對較小，便于管理和控制。但該結構也有其固有缺點：所有通信必須通過中心節點，中心負載很大，存在單點失敗的可能，容錯性略差。2）環型結構：同一軌道面內的每顆衛星都和相鄰衛星相連，構成封閉環形鏈路，從設計角度看，路由選擇，通信接口和網絡管理相對簡單，實現較容易，且多個環形星座通過地面站互聯，可形成較大地面覆蓋，缺點是節點較多時傳輸速率低，時延長。3）網狀拓撲：每顆衛星至少和兩顆其他衛星連接，銥星、Teledesic等系統都采用網狀拓撲，其優點是星間鏈路有冗余備份，可靠性高，可實現全球覆蓋，數據傳輸速率快，時延小。缺點主要是需較多的衛星數量，建設成本高。什么是無線網狀網，它具有什么優勢？答：無線網狀網（WMN）是從ACHoc網絡中發展起來的新型網絡技術，也是動態、自組織、自配置的多跳寬帶無線網絡。與MANET不同，WMN通過位置相對固定的無線路由器，互聯多種網絡，并接入高速骨干網。其已被納入到IEEE802.11s、IEEE802.16等標準中。WMN被認為是無線城域核心網的理想方式之一。相對于WLAN、WMN具有以下優勢：1）快速部署和易于安裝。安裝節點簡單，很容易新增