2015年无线传感器模拟试题 - - 答案

中南大学考试试卷

2014--2015 学年 下 学期 （1） 时间100分钟

10. 对于差分脉冲位置调制机制，它采用两个32-chip PN码，I、Q通道各一个，通过周期性移动PN码（共16个移位值），将信息以差分方式放置在每个通道的符号内。 11. 地波是指 沿地球表面附近的空间传播 的波。

12. 无线传感器网络中，信道共享容易造成两个问题 数据冲突 和 串扰 。 13. S-MAC把时间分割成许多时隙，在每个时隙中又划分为 侦听 和 睡眠 两个状态。

无线传感器网络 课程 48 学时 3 学分 考试形式： 闭 卷

14. ZigBee中，端点（EndPoint）定义了一个设备内的一个通信实体，一个特定的应用通过它来执行。 ZDO

专业年级： 物联网12级 总分100分，占总评成绩 70 %

试题共8页，答案直接写在答题纸上，记得填姓名哦

姓名：

一、选择题。（选出一个正确答案，并将其代号写在相应题中的括号内。每小题2分，共14分）

1、Confirm的意思是 （ D）

A请求原语 B指示原语 C响应原语 D确认原语 2、ZigBee适应的应用场合___________。 （D）

A.个人健康监护 B.玩具和游戏 C.家庭自动化 D.上述全部 3、Zigbee不支持的网络拓扑结构式：（）C

A．星型 B．树型 C．环型 D．网状 4、下面哪一项不是WSN的强项。（ ） C

A． 自组织 B. 分布式 C. 安全性 D.节点平等 5、对于WSN来说，下面哪种说法不对。 （ ） C

A. 节点能力不高 B. 能量供应不好 C. 节点变化性不强 D.网络规模很大 6、产生载波频率在WSN中，是属于哪一层的事务。（ ） A

A． 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D.以上都不是 7、S-MAC协议是属于（ ） A

A． 基于竞争的MAC协议 B．基于分配的MAC协议 C．混合型MAC协议 D. 跨层MAC协议 二、填空题。（每空1分，共 30 分）

1. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段

2. 无线传感器网络的收发模块的4个状态按能耗递减分别为 发送 ； 接收 ； 空闲 ； 睡眠 。 3. WSN一般使用ISM频段，ISM是指无须注册的公用频段，ISM频段主要用于 工业 、 科学 和

医疗。ISM就是这三个词汇的缩写。

4. TRAMA协议由 近邻协议（NP）、分配交换协议（SEP）和自适应选举算法（AEA）

三个部分组成。

5. 无线传感器网络器网络的特征包括 自组织 ，分布式，节点平等，可靠性要求高，节点资源有限，网络规模大，时效性等。

6. ISM频段是指无须注册的公用频段、具有大范围的可选频段、没有特定的标准，可以灵活使用，

ZSTACK将ISM频段划分为 16 个信道。

7. ZStack中如果节点正在休眠，则广播信息将会被保持在它的父节点，直到该休眠设备获得该信息 或

该信息时间溢出。

8. Z-Stack中OSAL的任务通过函数指针来调用，参数有 任务标识符（taskID ） 和 对应的事件（event）

9. ZStack支持三种网络拓扑，即星形网络 ， 树形网络 ，网状网络。

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的端点号是 0。

15. 基于竞争的MAC协议--T-MAC协议中，采用 满缓冲区优先 和 未来请求发送 两种方法解决早睡问题。

16. 相对于传统网络，WSN具有以下特征：1）大规模分布式应用 2）以数据为中心 3）基于局部拓扑

信息 4）基于应用 5）数据的融合

17. SPIN协议通过节点之间的协商，解决Flooding协议和Gossiping协议的内爆和重叠问题。内爆是指

节点在同一时刻收到多份相同的数据；重叠是指节点多次收到同一地区关于同一事件的数据。 18. 相对于传统网络，WSN 在安全性方面有所不同：1因为是无线，所以说不够安全。这是难免的；因为是平等的，不可能有中心节点来分配公钥密码机制来统一调配；因为每个节点能力有限，（计算能力，存储能力，能量等），不可能有复杂的加解密。 19. 为了实现传输层对上层透明，可靠的数据传输服务，传输层主要研究链路的 流量控制 和拥塞避免 ，保证数据能够有效无差错地传输到目的节点。 20. PFSQ为了保证网络的可靠性，采用了三种机制来确保数据的可靠传输：缓存机制；NACK确认机制；逐跳错误恢复机制。 21. WSN中，靠近sink节点的地方，数据流很大。首先要发现拥塞，一般有两种方法： 1 根据 队列缓冲的利用率 2 根据 信道的空闲状况。 22. 在ZigBee协议栈中，绑定是基于 设备应用层端点 的绑定，而且绑定只能在 互为“补充的” 设备间被创建。 三、简答题（40分。尽可能简单）

1、什么是Ad Hoc网络？

Ad hoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网（Multi-hop Network）、无基础设施网（Infrastructureless Network）或自组织网（Self-or-ganizing Network）。整个网络没有固定的基础设施，每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种网络中，由于终端无线覆盖取值范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发。每一个节点同时是一个路由器，它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。 2、逻辑链路与物理链路有何区别？

物理链路就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。 逻辑链路就是数据链路，是物理链路加上必要的通信规程。数据链路则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的规程来控制这些数据的传输。

3、分析UWB技术的优势。

系统结构实现简单；高速的数据传输；功耗低；安全性高；多径分辨能力强；定位精确；工程简单造价便宜

4、介绍LEACH协议的主要阶段。

主要包括建立阶段和数据传输阶段。在建立阶段：节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头；簇头节点广播自己成为簇头的事实；其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该簇头节点；簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时间片；在数据传输阶段：非簇首节点负责采

集数据，如果需要发送数据，就用最小的能耗发送给它的簇首节点；非簇首节点节点在分配给他的时间片上发送数据，在不属于自己时隙的期间可以进入睡眠状态以节省能耗，而簇首节点则必须始终处于接收状态；所有非簇首节点的TDMA时隙都轮过后，簇首节点对接收到的数据进行融合压缩，然后直接发送给Sink节点。

5、分析GPSR协议的优缺点。

优点：采用局部最优的贪婪算法，不需要维护网络拓扑，路由开销小；可适用于静态和移动的WSN网络；缺点：需要地理位置信息的支持；需要维护邻居节点位置信息。 6、说明zigbee网络建立的主要过程。

首先未加入网络的协调器节点建立ZigBee网络；处于激活状态的设备可以直接加入网络，也可以通过关联操作加入到网络中，设备寻找父设备，经过父设备的同意加入网络；设备加入到网络之后，网络就会为其分配网络地址；设备节点的离开有两种不同的情况：第一种是子设备向父设备请求离开网络，第二种是父设备要求子设备离开网络。每个网络中的节点维护一个邻居列表，其中包含传输范围内所有节点的信息。

7、分析T-MAC协议的未来发送机制的过程和优缺点。

未来请求发送：采用提前通知需要接收数据的节点的方法来实现早睡的避免：当中继节点C接收到CTS后，除了触发自己保持监听状态之外，还发送一个FRTS分组给下一节点D，FRTS分组中含有下一节点D需要等待的时间，在此空闲状态中，下一节点必须要保持侦听状态。在中继节点C发送FRTS时看哪个节点会干扰源节点A发送的数据，因此源节点A需要延迟原数据的发送响应的时间，但是又必须保持对信道的占用，因此源节点A在这段时间内发送一个与FRTS一样长度的分组，该分组不包含任何有用的数据，然后才接着发送有用数据信息。从而数据传到中继节点C之后中间节点D还是处于唤醒状态，保证数据的实时传输。

由于采用了未来请求发送机制，协议需要增加一个FRTS分组传输的时间，该方法提高了系统吞吐量和实时性，但是多了一些控制消息，相应地要消耗能量。

8、ZStack的协议栈结构为APP，HAL，MAC，MT，NWK，OSAL，Profile，Security，Services，Tools，ZDO，ZMac，ZMain和Output。，简述期中HAL，MT， Profile这三层的功能。

HAL（Hardware (H/W) Abstraction Layer ）：硬件层目录，包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。

MT（Monitor Test）：实现通过串口可控各层，与各层进行直接交互。 Profile：AF （Application work ）层目录，包含AF 层处理函数文件。 9、举一个您认为是WSN应用的最好的例子，简要介绍一下如何实现的。

四、程序题

1、 #define led1 P1_0

#define led2 P1_2 //这两条语句的含义是 定义P1_0 为led1 P1_2为 led2 void led_init(void) {

P1SEL = 0x00; //P1为普通 I/O 口 P1DIR |= 0x05; //P1.0 P1.2 输出 led1 = 0; led2 = 0; }

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void io_init(void) {

P0IEN |= 0X02; // 设置为中断方式 PICTL &=~ 0X02; // 下降沿触发 IEN1 |= 0X20; // 允许P0口中断; P0IFG = 0x00; // 初始化中断标志位

EA = 1; //这一条语句的含义 开总中断 };

#pragma vector = P0INT_VECTOR

__interrupt void P0_ISR(void) //这表示是什么程序 P0中断服务程序 {

P0IFG = 0 ;

led1 = ~led1; //这一条语句的含义是 led1取反，让led1闪烁 P0IF = 0; } 2、

float getTemperature(void) // ADC 获得到实际温度值程序 {

unsigned int value;

ADCCON3 = (0x3E); //选择1.25V为参考电压；14位分辨率；对片内温度传感器采样 ADCCON1 |= 0x30; //选择ADC的启动模式为手动 ADCCON1 |= 0x40; //启动AD转化 while(!(ADCCON1 & 0x80)); // 等待ADC转化结束 value = ADCL >> 2; // 低字节的高6位，高字节的低两位构成温度值 value |= (ADCH << 6); // 取得最终转化结果，存入value中 return value*0.06229-311.43; //根据公式计算出温度值 }

3、下面程序是人体感应传感器中的两个子程序，请加相应注释。

void led_init(void) //LED灯初始化 {

P1SEL = 0x00; // P1为普通 I/O 口 P1DIR |= 0x05; // P1.0 P1.1 输出 led1 = 0; led2 = 1; }

void io_init(void) {

P0SEL &= ~0x80; // 设置P0.7为普通io口 P0DIR &= ~0x80; // 设置P0.7为输入 }

4、

#define RELAY1 P0_3 #define RELAY2 P0_5 #define key1 P0_1 #define key2 P0_4

void main(void) //继电器板实验 {

char save_key1 = 1; char save_key2 = 1; EA=0; xtal_init(); io_init(); while(1) {

if (key1==0 && save_key1 == 1) {

RELAY1 ^= 1; // 什么情况下执行到此 按键按下并且与上一次检测时发生了变化 }

if (key2==0 && save_key2 == 1) { RELAY2 ^= 1; // ^= 这个运算符怎么理解 与前一次继电器的状态相比，改变继电器状态 }

save_key1 = key1; save_key2 = key2; Delay(10); } } 5、

进行点对点通信实验 void main(void) { halMcuInit(); hal_led_init();

hal_uart_init();

basicRfConfig.panId = PAN_ID; 网络ID号 basicRfConfig.channel = RF_CHANNEL; basicRfConfig.ackRequest = TRUE;

#if NODE_TYPE // NODE_TYPE是干什么用的 区分发送节点还是接收节点，分别编译不同程序 basicRfConfig.myAddr = SEND_ADDR; #else

basicRfConfig.myAddr = RECV_ADDR; #endif

#if NODE_TYPE

rfSendData();

#else

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rfRecvData();

#endif }

6、绑定实验中，我们做的是未知扩展地址的绑定实验，它要经过基本的三个步骤。它们分别是: 第一步： 目标设备允许绑定 ； 第二部： 源设备发起绑定请求 ；第三步：源设备发出匹配描述符请求Match_Desc_req，全网进行匹配，并最终触发了匹配描述符应答Match_Desc_rsp通告匹配结果，匹配成功，完成绑定。

不管是已知扩展地址的绑定还是未知扩展地址的绑定机制，最终都是用函数APSME_BindRequest()创建绑定。不同的是，前者采用的目的地址是64位扩展地址，而后者采用的目的地址是16位网络地址。前者已知扩展地址，调用了ZDP_NwkAddrReq()函数获得 目的设备短地址 ；后者利用描述匹配得到了短地址，然后调用了ZDP_IEEEAddrReq()函数，获取 目的设备的扩展地址 。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jubt.html