第4章无线传感器网络技术-习题解答.PDFVIP

第4 章 无线传感器网络技术-习题解答 4-1 传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在哪些现实约束？ 答：传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在以下一些现实约束。 1.电源能量有限 传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点个数多、成本要 求低廉、分布区域广，而且部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，所以传感器节 点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。如何高效使用能量来最大化网络生命周期是 传感器网络面临的首要挑战。如何让网络通信更有效率，减少不必要的转发和接收，不需要 通信时尽快进入睡眠状态，是传感器网络协议设计需要重点考虑的问题。 2.通信能力有限 无线通信的能量消耗与通信距离的关系为： E kd n 其中，参数n 满足关系2n4 。n 的取值与很多因素有关，例如传感器节点部署贴近地 面时，障碍物多干扰大，n 的取值就大；天线质量对信号发射质量的影响也很大。考虑诸多 因素，通常取n 为3，即通信能耗与距离的三次方成正比。随着通信距离的增加，能耗将急 剧增加。因此，在满足通信连通度的前提下应尽量减少单跳通信距离。由于节点能量的变化， 受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信性能可能经 常变化，频繁出现通信中断。在这样的通信环境和节点有限通信能力的情况下，如何设计网 络通信机制以满足传感器网络的通信需求是传感器网络面临的挑战之一。 3.计算和存储能力有限 传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求它价格低功耗小，这些限制必然导致其携带的 处理器能力比较弱，存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数据 的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。如何 利用有限的计算和存储资源完成诸多协同任务成为传感器网络设计的挑战。 4-2 举例说明无线传感器网络的应用领域。 答：传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护 理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管 理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着传感器网络的深入研究和广泛应用， 传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域。 1.军事应用 传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在 军事上应用。利用传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监视、目标的 定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和有哪些信誉好的足球投注网站等功能。通过飞机或炮弹直接将传感 器节点播撒到敌方阵地内部，或者在公共隔离带部署传感器网络，就能够非常隐蔽而且近距 离准确地收集战场信息，迅速获取有利于作战的信息。传感器网络是由大量的随机分布的节 点组成的，即使一部分传感器节点被敌方破坏，剩下的节点依然能够自组织地形成网络。传 感器网络可以通过分析采集到的数据，得到十分准确的目标定位，从而为火控和制导系统提 供精确的制导。利用生物和化学传感器，可以准确地探测到生化武器的成分，及时提供情报 信息，有利于正确防范和实施有效的反击。 2.环境观测和预报系统 随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。传感器网络在环境 研究方面可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况、牲畜和家禽的环境状况和大面积的地 表监测等，可用于行星探测、气象和地理研究、洪水监测等，还可以通过跟踪鸟类、小型动 物和昆虫进行种群复杂度的研究等。类似地，传感器网络可实现对森林环境监测和火灾报告， 传感器节点被随机密布在森林之中，平常状态下定期报告森林环境数据，当发生火灾时，这 些传感器节点通过协同合作会在很短的时间内将火源的具体地点、火势的大小等信息传送给 相关部门。 3.医疗护理 传感器网络在医疗系统和健康护理方面的应用包括监测人体的各种生理数据，跟踪和监 控医院内医生和患者的行动，医院的药物管理等。如果在住院病人身上安装特殊用途的传感 器节点，如心率和血压监测设备，医生利用传感器网络就可以随时了解被监护病人的病情， 发现异常能够迅速抢救。将传感器节点按药品种类分别放置，计算机系统即可帮助辨认所开 的药品，从而减少病人用错药的可能性。还可以利用传感器网络长时间地收集人体的生理数 据，这些数据对了解人体活动机理和研制新药品都是非常有用的。 4.智能家居 传感器网络能够应用在家居中。在家电和家具中嵌入传感器节点，