1）簡述什么是WSN？

無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network， WSN）就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)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(wǎng)絡的三個要素。無線傳感器網(wǎng)絡具有以下特點：大規(guī)模網(wǎng)絡、自組織網(wǎng)絡、動態(tài)網(wǎng)絡、可靠的網(wǎng)絡、應用相關的網(wǎng)絡、以數(shù)據(jù)為中心。

無線傳感器網(wǎng)絡是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡。目的是協(xié)作地探測、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶。

無線傳感器網(wǎng)絡是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡以及管理控制中心三大部分組成。主要組成部分是由傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊組成的無線傳感器節(jié)點。各節(jié)點對數(shù)據(jù)進行采集和優(yōu)化后再經(jīng)分布式網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給信息處理中心。

2）簡述WSN的應用領域。

無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域主要集中在以下幾個方面：軍事方面、環(huán)境、生態(tài)觀測和智能農(nóng)業(yè)、醫(yī)療護理、智能家居等。

（1）軍事應用

利用WSN可以快速部署、自行組織網(wǎng)絡、隱蔽性強、高容錯性的特點?？梢栽趹?zhàn)場上廣泛應用。

包括：對敵軍兵力、武器的監(jiān)測、戰(zhàn)場實時監(jiān)視、目標定位與鎖定、戰(zhàn)果評估等。

（2）緊急和臨時場合

當遭受自然災難打擊后、固定的通信網(wǎng)絡設施可能被全部摧毀或無法正常工作，邊遠或偏僻野外地區(qū)、植被不能破壞的自然保護區(qū)，無法采用固定或預設的網(wǎng)絡設備通信。這些情況，都可以利用WSN的快速展開和自組織特點來解決。

（3）環(huán)境監(jiān)測

比如：農(nóng)田灌溉情況監(jiān)控、土壤成分監(jiān)測、環(huán)境污染情況監(jiān)測、森林火災報警、水情監(jiān)測、氣溫監(jiān)測、關照時間數(shù)據(jù)的采集等許多場合。

（4）醫(yī)療護理

包括：患者生理數(shù)據(jù)采集、醫(yī)療器材的管理、藥品的發(fā)放以及關鍵人員的跟蹤、定位等。

（5）智能家居

在家電和家居中嵌入WSN的傳感器節(jié)點，并與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起。可以提供更舒適、方便、更具人性化的家居環(huán)境。

（6）工廠監(jiān)控

比如：化工、石油、電力、機械加工、紡織印染等等行業(yè)采用WSN技術可以很方便的進行監(jiān)測。

3）無線通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？簡述各部分功能。

無線通信系統(tǒng)（Wireless Communication System）：也稱為無線電通信系統(tǒng)，是由發(fā)送設備、接收設備、傳輸媒體（無線信道）三大部分組成的，利用無線電磁波，以實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。其各部分的作用如下：

1、發(fā)送設備

（1）變換器（換能器）：將被發(fā)送的信息變換為電信號。例如話筒將聲音變?yōu)殡娦盘枴?/p>

（2）發(fā)射機：將換能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸銐虻母哳l電振蕩。

（3）天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。

2、傳輸媒體——電磁波

在自由空間中， 波長與頻率存在以下關系： c = f λ式中： c為光速， f 和λ分別為無線電波的頻率和波長， 因此， 無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。 對頻率或波長進行分段， 分別稱為頻段或波段。

不同頻段信號的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同， 傳播的能力和方式也不同， 因而它們的分析方法和應用范圍也不同。無線電波只是一種波長比較長的電磁波， 占據(jù)的頻率范圍很廣。

電磁波從發(fā)射機天線輻射后，不僅電波的能量會擴散，接收機只能收到其中極小的一 部分，而且在傳播過程中，電波的能量會被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射；或在大氣層中產(chǎn)生折射或散射，從而造成強度的衰減。

根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象 ， 電波的傳播方主要有繞射（地波），反射和折射（天波），直射（空間波） 。決定傳播方式的關鍵因素是無線電信號的頻率。

沿大地與空氣的分界面?zhèn)鞑サ碾姴ń械乇砻娌ǎ喎Q地波。繞射傳播。傳播途徑主要取決于地面的電特性。地波在傳播過程中，由于能量逐漸被大地吸收，很快減弱（波長越短，減弱越快），因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影響，可靠性高。

超長波、長波、中波無線電信號，都是利用地波傳播的。短波近距離通信也利用地波傳播。

天波：利用天空的電離層折射和反射而傳播的電波，也叫天空波。電離層只對短波波段的電磁波產(chǎn)生反射作用，因此天波傳播主要用于短波遠距離通信。

兩個突出特點：一是傳播距離遠，同時產(chǎn)生中間靜區(qū)地帶，二是傳播不穩(wěn)定，隨晝夜和季節(jié)的變化而變化。因此，短波通信要經(jīng)黨更換波段，以保證質(zhì)量。

空間波又稱為直射波，是由發(fā)射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。直射波傳播距離一般限于視距范圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短波和微波通信就是利用直射波傳播的。

在地面進行直射波通信，其接收點的場強由兩路組成：一路由發(fā)射天線直達接收天線，另一路由地面反射后到達接收天線，如果天線高度和方向架設不當，容易造成相互干擾（例如電視的重影）。

限制直射波通信距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波天線要求盡量高架。

3、接收設備

接收是發(fā)射的逆過程

（1）接收天線：將空間傳播到其上的電磁波→高頻電振蕩。

（2）接收機：高頻電振蕩→電信號。

（3）變換器（換能器）：電信號→所傳送信息。

無線通信系統(tǒng)按照無線通信系統(tǒng)中關鍵部分的不同特性，主要有以下一些類型：

1、按照工作頻段或傳輸手段分類

有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。所謂工作頻率，主要指發(fā)射與接收的射頻（RF）頻率。射頻實際上就是“高頻” 的廣義語，它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。無線通信的一個發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。

2、按照通信方式來分類

主要有（全） 雙工、半雙工和單工方式。所謂單工通信，指的是只能發(fā)或只能收的方式；半雙工通信是一種既可以發(fā)也可以收但不能同時收發(fā)的通信方式；而雙工通信是一種可以同時收發(fā)的通信方式。第一個圖的例子是半雙工方式，將天線開關換成雙工器就成了雙工方式。

3、按照調(diào)制方式的不同來劃分

有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。

4、按照傳送的消息的類型分類

有模擬通信和數(shù)字通信，也可以分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。

各種不同類型的通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成和設備的復雜程度都有很大不同。但是組成設備的基本電路及其原理都是相同的，遵從同樣的規(guī)律。本書將以模擬通信為重點來研究這些基本電路，認識其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可以推廣應用到其他類型的通信系統(tǒng)。

4）簡述多路復用技術原理及分類。

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中，傳輸介質(zhì)的帶寬或容量往往超過傳輸單一信號的需求，為了有效地利用通信線路，希望一個信道同時傳輸多路信號，這就是所謂的多路復用技術。頻分多路復用FDM 和時分多路復用TDM 是兩種最常用的多路復用技術。常見的多路復用技術包括頻分多路復用（FDM）、時分多路復用（TDM）、波分多路復用（WDM）和碼分多路復用（CDMA）其中時分多路復用又包括同步時分復用和統(tǒng)計時分復用。

FDM、TDM、WDM、CDM的基本原理：

頻分多路復用的基本原理是在一條通信線路上設置多個信道，每路信道的信號以不同的載波頻率進行調(diào)制，各路信道的載波頻率互不重疊，這樣一條通信線路就可以同時傳輸多路信號。

時分多路復用是以信道傳輸時間作為分割對象，通過多個信道分配互不重疊的時間片的方法來實現(xiàn)，因此時分多路復用更適用于數(shù)字信號的傳輸。它又分為同步時分多路復用和統(tǒng)計時分多路復用。

波分多路復用是光的頻分多路復用，它是在光學系統(tǒng)中利用衍射光柵來實現(xiàn)多路不同頻率光波信號的合成與分解。

碼分多路復用也是一種共享信道的方法，每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個用戶分配一個地址碼，各個碼型互不重疊，通信各方之間不會相互干擾，且抗干擾能力強。碼分多路復用技術主要用于無線通信系統(tǒng)，特別是移動通信系統(tǒng)。它不僅可以提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约皽p少干擾對通信的影響，而且增大了通信系統(tǒng)的容量。筆記本電腦或個人數(shù)字助理（Personal Data Assistant， PDA） 以及掌上電腦（Handed Personal COmputer，HPC）等移動性計算機的聯(lián)網(wǎng)通信就是使用了這種技術。

5）簡述WSN與Ad Hoc網(wǎng)絡的區(qū)別。

無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）是21世紀信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱（計算、通信和傳感器）相結合的產(chǎn)物。

自組織（Ad hoc，Self-organzing Network）網(wǎng)絡是一種由移動節(jié)點組成的臨時的、多跳的、對等的自治系統(tǒng)。

WSN是Ad hoc網(wǎng)絡的一種典型應用，但WSN與傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡存在以下區(qū)別：

WSN節(jié)點數(shù)量更為龐大，分布更為密集，節(jié)點常處于固定狀態(tài)，自組織網(wǎng)絡節(jié)點時常處于快速移動狀態(tài)；

WSN節(jié)點更容易失效，網(wǎng)絡拓撲變化頻繁；

WSN主要使用廣播通信機制，而Ad hoc網(wǎng)絡是基于點對點的通信；

WSN節(jié)點的動力能源、運算能力、存儲器大小均受局限；

WSN不必擁有全球統(tǒng)一標識符；

WSN以數(shù)據(jù)為中心。

正是由于WSN與Ad hoc網(wǎng)絡存在以上的顯著區(qū)別，導致Ad hoc網(wǎng)絡的許多研究成果不能適用于WSN，也導致兩者的應用存在著顯著差別。

基于傳感器網(wǎng)絡技術，使對于人或物的情況、周邊環(huán)境的感知、針對不同使用者提供各種各樣的服務成為可能。WSN不僅能滿足人們從信息的傳遞及檢索到信息獲取的新需求，而且未來通信的主體將是機器到機器（M2M），WSN將在很大程度上滿足這一新的通信需求。

由于Ad hoc網(wǎng)絡具有節(jié)點對等、多跳無中心接入、不依賴網(wǎng)絡基礎設施、抗毀性強等特點，使得它的應用領域與普通的通信網(wǎng)絡有著非常大的區(qū)別。到目前為 止，軍事應用仍是Ad hoc 網(wǎng)絡的一個主要應用領域，但是民用方面，自組和多跳的特性使其與現(xiàn)有的各種移動通信系統(tǒng)逐步融合起來，呈現(xiàn)了非常廣泛的應 用前景。

1）短距離無線通信具有哪些特點？

短距離無線通信技術的范圍很廣，在一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)，通常是幾十米以內(nèi)，就可以稱為短距離無線通信。低成本、低功耗和對等通信，是短距離無線通信技術的三個重要特征和優(yōu)勢。

2）ZigBee技術特點有哪些？

Zigbee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間，進行數(shù)據(jù)傳輸（包括典型的周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)）的應用。Zigbee的基礎是IEEE802.15.4，但是Zigbee并不等于802.15.4 IEEE802.15.4。由于IEEE僅處理低級的MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟對網(wǎng)絡層協(xié)議和應用層進行了標準化設定。Zigbee作為一種無線通信技術具有以下特點：低功耗、低成本、大容量、可靠、時延短、靈活的網(wǎng)絡拓撲結構。

14）簡述RFID系統(tǒng)組成。

RFID應用系統(tǒng)由讀寫器、標簽和高層等部分組成。讀寫器和標簽可以構成一個簡單的應用系統(tǒng)，例如公交車上的消費系統(tǒng)。復雜的應用需要一個讀寫器同時讀取n個標簽。更復雜的應用系統(tǒng)需要解決讀寫器的高層處理問題。

16）簡述RFID系統(tǒng)工作方式。

RFID系統(tǒng)由讀寫器、標簽和應用系統(tǒng)組成。其主要的工作原理簡單描述如下：由讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號；當電子標簽進入有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，從而獲得能量，電子標簽被激活，使得電子標簽將自身編碼信息通過內(nèi)置的射頻天線發(fā)送出去；讀寫器的接收天線接收到從標簽發(fā)送來的調(diào)制信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器信號處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至后臺主機系統(tǒng)進行相關的處理；讀寫器的應用系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該標簽的身份，針對不同的設定作出相應的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制讀寫器完成相應的讀寫操作。

射頻識別系統(tǒng)的基本工作方式分為全雙工（Full Duplex）和半雙工（Half Duplex）系統(tǒng)以及時序（SEQ）系統(tǒng)。全雙工表示射頻標簽與讀寫器之間可在同一時刻互相傳送信息。半雙工表示射頻標簽與讀寫器之間可以雙向傳送信息，但在同一時刻只能向一個方向傳送信息。

在全雙工和半雙工系統(tǒng)中，射頻標簽的響應是在讀寫器發(fā)出的電磁場或電磁波的情況下發(fā)送出去的。

時序方法則與之相反，閱讀器的輻射出的電磁場短時間周期性地斷開。這些間隔被射頻標簽識別出來，并被用于從射頻標簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸，是一種典型的雷達工作方式。時序方法的缺點是：在閱讀器發(fā)送間歇時，射頻標簽的能量供應中斷，這就必須通過裝入足夠大的輔助電容器或輔助電池進行補償。

21）簡述現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡的組織結構。

通信網(wǎng)的基本結構

任何通信網(wǎng)絡都具有信息傳送、信息處理、信令機制、網(wǎng)絡管理功能。因此，從功能的角度看，一個完整的現(xiàn)代通信網(wǎng)可分為相互依存的三部分：業(yè)務網(wǎng)、傳送網(wǎng)、支撐網(wǎng)。

（一）業(yè)務網(wǎng)

1）功能：業(yè)務網(wǎng)負責向用戶提供各種通信業(yè)務，如基本話音、數(shù)據(jù)、多媒體、租用線、VPN（Virtual Private Network， 虛擬專用網(wǎng)絡）等。

2）構成一個業(yè)務網(wǎng)的主要技術要素包括網(wǎng)絡拓撲結構、交換節(jié)點設備、編號計劃、信令技術、路由選擇、業(yè)務類型、計費方式、服務性能保證機制等。

3） 交換節(jié)點設備

。其中交換節(jié)點設備是構成業(yè)務網(wǎng)的核心要素。采用不同交換技術的交換節(jié)點設備通過傳送網(wǎng)互連在一起就形成了不同類型的業(yè)務網(wǎng)。

。業(yè)務網(wǎng)交換節(jié)點的基本交換單位本質(zhì)上是面向終端業(yè)務的，粒度很小，例如一個時隙、一個虛連接。

。業(yè)務網(wǎng)交換節(jié)點的連接在信令系統(tǒng)的控制下建立和釋放。

（二）支撐網(wǎng)

支撐網(wǎng)負責提供業(yè)務網(wǎng)正常運行所必需的信令、同步、網(wǎng)絡管理、業(yè)務管理、運營管理等功能，以提供用戶滿意的服務質(zhì)量。支撐網(wǎng)包含同步網(wǎng)、信令網(wǎng)、管理網(wǎng)三部分。

（三）傳送網(wǎng)

1）傳送網(wǎng)又稱基礎網(wǎng)。傳送網(wǎng)為各類業(yè)務網(wǎng)提供業(yè)務信息傳送手段，負責將節(jié)點連接起來，并提供任意兩點之間信息的透明傳輸。傳送網(wǎng)是由傳輸線路、傳輸設備組成的網(wǎng)絡，所以又稱之為基礎網(wǎng)。

2）功能：具有電路調(diào)度網(wǎng)絡性能監(jiān)視、故障自動切換等相應的管理功能。

3）構成傳送網(wǎng)的主要技術要素有：傳輸介質(zhì)、復用體制、傳送網(wǎng)節(jié)點技術等。

現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡基本組織結構可以概括為以核心網(wǎng)為主干連接網(wǎng)，完成衛(wèi)星通信網(wǎng)與移動蜂窩網(wǎng)絡的互聯(lián)，然后通過控制網(wǎng)與各接入點相連，接入點通過網(wǎng)橋向計算機終端提供WLAN服務，接入點通過多媒體接口向電話、傳真機、其他多媒體設備提供服務。
編輯：lyn