【正文】 干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)選擇，剔除節(jié)點(diǎn)之間不必要的通信鏈路，形成一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點(diǎn)可能部署在惡劣環(huán)境中，在軍事應(yīng)用中甚至部署在敵方區(qū)域中，所以很容易受到破壞而失效。而骨干節(jié)點(diǎn)的選擇是拓?fù)淇刂频囊豁?xiàng)重要內(nèi)容。（4）影響數(shù)據(jù)融合。（3）為路由協(xié)議提供基礎(chǔ)。另一方面，如果選擇太小的發(fā)射功率，會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的連通性。（2）減小節(jié)點(diǎn)間通信干擾，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，節(jié)省能量是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要考慮的問題之一。414在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為什么要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制與優(yōu)化。413按照采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問信道方式可將傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議分為哪三類？答：按照下列條件分類MAC協(xié)議：第一，采用分布式控制還是集中控制；第二，使用單一共享信道還是多個(gè)信道；第三，采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問信道方式。這種過(guò)度的空閑偵聽或者沒必要的空閑偵聽同樣會(huì)造成節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)。這種串音（over hearing）現(xiàn)象造成節(jié)點(diǎn)的無(wú)線接收模塊和處理器模塊消耗更多的能量。這就需要重傳發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而消耗節(jié)點(diǎn)更多的能量。網(wǎng)絡(luò)效率包括網(wǎng)絡(luò)的公平性、實(shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及帶寬利用率等。MAC協(xié)議也應(yīng)具有可擴(kuò)展性，以適應(yīng)這種動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（2）可擴(kuò)展性。411在設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議時(shí)，需要著重考慮哪幾個(gè)方面？答：在設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議時(shí)，需要著重考慮以下幾個(gè)方面：（1）節(jié)省能量。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的某些應(yīng)用對(duì)通信的服務(wù)質(zhì)量有較高要求，如可靠性和實(shí)時(shí)性等。把節(jié)點(diǎn)的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，不僅能夠完成節(jié)點(diǎn)路由功能，還可以降低系統(tǒng)專門維護(hù)路由協(xié)議的能耗。在諸如目標(biāo)跟蹤類應(yīng)用中，往往需要喚醒距離跟蹤目標(biāo)最近的傳感器節(jié)點(diǎn)，以得到關(guān)于目標(biāo)的更精確位置等相關(guān)信息。在這類應(yīng)用中，通信流量主要是查詢節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣信息在傳輸路徑上通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過(guò)減少通信流量來(lái)節(jié)省能量。（2）基于查詢的路由協(xié)議。為了強(qiáng)調(diào)高效利用能量的重要性，在此將它們劃分為能量感知路由協(xié)議。四種類型的路由協(xié)議分別是：（1）能量感知路由協(xié)議。設(shè)計(jì)者需要針對(duì)每一個(gè)具體應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)與之適應(yīng)的特定路由機(jī)制。（4）應(yīng)用相關(guān)。傳統(tǒng)的路由協(xié)議通常以地址作為節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)和路由的依據(jù)，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，所關(guān)注的是監(jiān)測(cè)區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，而不是具體哪個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取的信息，不取決于全網(wǎng)唯一的標(biāo)識(shí)。在節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)湫畔⒑唾Y源有限的情況下，如何實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的路由機(jī)制是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問題。（2）基于局部拓?fù)湫畔?。傳統(tǒng)路由協(xié)議在選擇最優(yōu)路徑時(shí)，很少考慮節(jié)點(diǎn)的能量消耗問題。安全引導(dǎo)是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從分散的、獨(dú)立的、沒有安全通道保護(hù)的個(gè)體集合，按照預(yù)定的協(xié)議機(jī)制，逐步形成統(tǒng)一完整的、具有安全信道保護(hù)的、連通的安全網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程。（6）安全管理問題。認(rèn)證廣播的發(fā)送者是一個(gè)，而接收者是很多個(gè)，所以認(rèn)證方法和點(diǎn)到點(diǎn)通信認(rèn)證方式完全不同。（5）認(rèn)證組播/廣播問題。數(shù)據(jù)本身具有時(shí)效性，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠判斷最新接收到的數(shù)據(jù)包是發(fā)送者最新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包的時(shí)候，能夠確認(rèn)這個(gè)數(shù)據(jù)包和發(fā)出來(lái)的時(shí)候一模一樣，沒有被中間節(jié)點(diǎn)篡改或者在傳輸中通信出錯(cuò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在接收到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的消息時(shí)，能夠確認(rèn)這個(gè)數(shù)據(jù)包確實(shí)是從該節(jié)點(diǎn)發(fā)送出來(lái)的，而不是別人冒充的。所有敏感數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和傳輸?shù)倪^(guò)程中都要保證其機(jī)密性，讓任何人在截獲物理通信信號(hào)的時(shí)候不能直接獲得消息內(nèi)容。（6）代價(jià)和體積：時(shí)間同步可能需要特定硬件，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中需要考慮部件的價(jià)格和體積，這對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)非常重要。（5）效率：達(dá)到同步精度所經(jīng)歷的時(shí)間以及消耗的能量。（3）同步范圍：需要節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步的區(qū)域范圍，這個(gè)范圍可以是地理范圍，如以米度量的距離；也可以是邏輯距離，如網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)。通常情況下，最大誤差隨著需要同步的傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍的增大而增加。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣性導(dǎo)致了對(duì)時(shí)間同步機(jī)制需求的多樣性，不可能用一種時(shí)間同步機(jī)制滿足所有的應(yīng)用要求。在分布式系統(tǒng)中，不同的節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘。47無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為什么要使用時(shí)間同步機(jī)制，時(shí)間同步機(jī)制的主要性能參數(shù)包括哪些？答：在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力非常有限，整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能需要網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)互相配合共同完成。但AOA測(cè)距技術(shù)易受外界環(huán)境影響，且AOA需要額外硬件，在硬件尺寸和功耗上不適用于大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)。但是TDOA技術(shù)測(cè)距誤差小，有較高的精度。答：基于TOA的定位精度高，但要求節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，因此對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗提出了較高的要求。針對(duì)每一個(gè)具體應(yīng)用來(lái)研究傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這是傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的顯著特征。對(duì)于不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用雖然存在一些共性問題，但在開發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，更關(guān)心傳感器網(wǎng)絡(luò)的差異。不同的應(yīng)用背景對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求不同，其硬件平臺(tái)、軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必然會(huì)有很大差別?？陀^世界的物理量多種多樣，不可窮盡。所以通常說(shuō)傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)在獲得指定事件的信息后匯報(bào)給用戶。由于傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)編號(hào)之間的關(guān)系是完全動(dòng)態(tài)的，表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)編號(hào)與節(jié)點(diǎn)位置沒有必然聯(lián)系。傳感器網(wǎng)絡(luò)是任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò)，脫離傳感器網(wǎng)絡(luò)談?wù)搨鞲衅鞴?jié)點(diǎn)沒有任何意義。傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信保密性和安全性也十分重要，要防止監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被盜取和獲取偽造的監(jiān)測(cè)信息。這些都要求傳感器節(jié)點(diǎn)非常堅(jiān)固，不易損壞，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境條件。傳感器網(wǎng)絡(luò)特別適合部署在惡劣環(huán)境或人類不宜到達(dá)的區(qū)域，傳感器節(jié)點(diǎn)可能工作在露天環(huán)境中，遭受太陽(yáng)的暴曬或風(fēng)吹雨淋，甚至遭到無(wú)關(guān)人員或動(dòng)物的破壞。傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能因?yàn)橄铝幸蛩囟淖儯孩侪h(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或失效；②環(huán)境條件變化可能造成無(wú)線通信鏈路帶寬變化，甚至?xí)r斷時(shí)通；③傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器、感知對(duì)象和觀察者這三要素都可能具有移動(dòng)性；④新節(jié)點(diǎn)的加入。網(wǎng)絡(luò)的多跳路由使用網(wǎng)關(guān)和路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的，沒有專門的路由設(shè)備。3．多跳路由網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通信距離有限，一般在幾十到幾百米范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)只能與它的鄰居直接通信。傳感器節(jié)點(diǎn)的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點(diǎn)之間的相互鄰居關(guān)系預(yù)先也不知道，如通過(guò)飛機(jī)播撒大量傳感器節(jié)點(diǎn)到面積廣闊的原始森林中，或隨意放置到人不可到達(dá)或危險(xiǎn)的區(qū)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模性具有如下優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比；通過(guò)分布式處理大量的采集信息能夠提高監(jiān)測(cè)的精確度，降低對(duì)單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的精度要求；大量冗余節(jié)點(diǎn)的存在，使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性能；大量節(jié)點(diǎn)能夠增大覆蓋的監(jiān)測(cè)區(qū)域，減少洞穴或者盲區(qū)。45無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有何顯著特點(diǎn)？答：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下的特點(diǎn)：為了獲取精確信息，在監(jiān)測(cè)區(qū)域通常部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量可能達(dá)到成千上萬(wàn)，甚至更多。這些管理平臺(tái)使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照能源高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務(wù)和資源共享。答：協(xié)議棧包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對(duì)應(yīng)。傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池。這種方式成本很低，節(jié)點(diǎn)體積小，相互之間可以通信，也可以和地面站進(jìn)行通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于空間探索。采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠降低這些開銷，特別是能夠去掉人工開銷。采用“基于情況的維護(hù)”方式能夠優(yōu)化機(jī)械的使用，保持過(guò)程更加有效，并且保證制造成本仍然低廉。未來(lái)的各種摩天大樓可能就會(huì)裝備這種類似紅綠燈的裝置，從而建筑物可自動(dòng)告訴人們當(dāng)前是否安全、穩(wěn)固程度如何等信息。用傳統(tǒng)方法檢查，往往要將大樓關(guān)閉數(shù)月。由于建筑物不斷修補(bǔ)，可能會(huì)存在一些安全隱患。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建立智能幼兒園，監(jiān)測(cè)孩童的早期教育環(huán)境，跟蹤孩童的活動(dòng)軌跡，可以讓父母和老師全面地研究學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。在家電和家具中嵌入傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet連接在一起，將會(huì)為人們提供更加舒適、方便和更具人性化的智能家居環(huán)境。還可以利用傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間地收集人體的生理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)了解人體活動(dòng)機(jī)理和研制新藥品都是非常有用的。如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn)，如心率和血壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，醫(yī)生利用傳感器網(wǎng)絡(luò)就可以隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)病人的病情，發(fā)現(xiàn)異常能夠迅速搶救。類似地，傳感器網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)對(duì)森林環(huán)境監(jiān)測(cè)和火災(zāi)報(bào)告，傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)密布在森林之中，平常狀態(tài)下定期報(bào)告森林環(huán)境數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)同合作會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將火源的具體地點(diǎn)、火勢(shì)的大小等信息傳送給相關(guān)部門。隨著人們對(duì)于環(huán)境的日益關(guān)注，環(huán)境科學(xué)所涉及的范圍越來(lái)越廣泛。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)分析采集到的數(shù)據(jù)，得到十分準(zhǔn)確的目標(biāo)定位，從而為火控和制導(dǎo)系統(tǒng)提供精確的制導(dǎo)。通過(guò)飛機(jī)或炮彈直接將傳感器節(jié)點(diǎn)播撒到敵方陣地內(nèi)部，或者在公共隔離帶部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，就能夠非常隱蔽而且近距離準(zhǔn)確地收集戰(zhàn)場(chǎng)信息，迅速獲取有利于作戰(zhàn)的信息。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)性的特點(diǎn)，因此非常適合在軍事上應(yīng)用。答：傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，能夠廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、健康護(hù)理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、城市交通、空間探索、大型車間和倉(cāng)庫(kù)管理，以及機(jī)場(chǎng)、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。如何利用有限的計(jì)算和存儲(chǔ)資源完成諸多協(xié)同任務(wù)成為傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。傳感器節(jié)點(diǎn)是一種微型嵌入式設(shè)備，要求它價(jià)格低功耗小，這些限制必然導(dǎo)致其攜帶的處理器能力比較弱，存儲(chǔ)器容量比較小。由于節(jié)點(diǎn)能量的變化，受高山、建筑物、障礙物等地勢(shì)地貌以及風(fēng)雨雷電等自然環(huán)境的影響，無(wú)線通信性能可能經(jīng)常變化，頻繁出現(xiàn)通信中斷。隨著通信距離的增加，能耗將急劇增加。n的取值與很多因素有關(guān)，例如傳感器節(jié)點(diǎn)部署貼近地面時(shí)，障礙物多干擾大，n的取值就大；天線質(zhì)量對(duì)信號(hào)發(fā)射質(zhì)量的影響也很大。如何讓網(wǎng)絡(luò)通信更有效率，減少不必要的轉(zhuǎn)發(fā)和接收，不需要通信時(shí)盡快進(jìn)入睡眠狀態(tài)，是傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的問題。由于傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)多、成本要求低廉、分布區(qū)域廣，而且部署區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，有些區(qū)域甚至人員不能到達(dá)，所以傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)更換電池的方式來(lái)補(bǔ)充能源是不現(xiàn)實(shí)的。332放大電路有哪3種形式?輸出信號(hào)的表達(dá)形式分別是什么？答：1 反向放大：2 同向放大：3 差動(dòng)放大：第4章答案41傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，存在哪些現(xiàn)實(shí)約束？答：傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，存在以下一些現(xiàn)實(shí)約束。分為直流電橋、 交流電橋和放大電路331繪出基本放大電路的電路圖。⑶ 輸出通道連接被控裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，各種電磁干擾會(huì)經(jīng)通道進(jìn)入被控裝置，因此必須在輸出通道中采取抗干擾措施。輸出通道的特點(diǎn)：⑴ 通道的結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)要求，其中的信號(hào)有數(shù)字量和模擬量?jī)纱箢?，要用到的轉(zhuǎn)換器件是D－A轉(zhuǎn)換器。 ⑷ 被測(cè)信號(hào)所在的現(xiàn)場(chǎng)可能存在各種電磁干擾。對(duì)輸入通道技術(shù)指標(biāo)的要求是選擇通道中有關(guān)器件的依據(jù)。由于被測(cè)量和信號(hào)轉(zhuǎn)換的差異，輸入通道會(huì)有不同的類型。輸出信號(hào)隨著輸入物理量的變化而變化，但它們之間的關(guān)系不一定是線性比例關(guān)系。 ⑵輸出阻抗比較高這樣會(huì)使傳感器信號(hào)輸入到測(cè)量電路時(shí)產(chǎn)生較大的信號(hào)衰減。一般來(lái)說(shuō)傳感器輸出信號(hào)具有如下特點(diǎn)：⑴。因此傳感器接口電路應(yīng)具有一定的信號(hào)預(yù)處理能力。327 MEMS的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是什么？答：MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大、可以批量生產(chǎn)等傳統(tǒng)機(jī)械無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。答：略。323什么是超聲波？答：低于16Hz的機(jī)械波稱為次聲波高于2104Hz的機(jī)械