无线传感网课后习题（书本名称无线传感器网络基础 : 理论和实践 : Fundamentals of wireless sensor networks : theory and practice）

1 2.2解释时域特征和频域特征的区别。

答：
时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系
频域是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。
时域是信号在时间轴随时间变化的总体概括。
频域是把时域波形的表达式做傅立叶等变化得到复频域的表达式，所画出的波形就是频谱图。是描述频率变化和幅度变化的关系。
时域函数通过傅立叶或者拉普拉斯变换就变成了频域函数。

2 3.10说明一个主组件在以下情况下如何与多个从组件通信:

（a）i^2C双向二线制同步串行总线。由两根线组成，分别是：时钟线SDA和数据线SCL ,在CPU和被控IC或是IC与IC之间双向传递。
（b）SPI是同步串行接口技术是一种高速的、全双工的，同步通信的总线，采用主从机模式通信。

3.17什么是虚拟内存?
答：
虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。目前，大多数操作系统都使用了虚拟内存，如Windows家族的“虚拟内存”；Linux的“交换空间”等。
5.3给出的代码如下:
C1={1,10,01}
C2={0, 00001}
C3={0,10,11}
C4={01,11}
C5={0, 00,000}
(a) 哪一个编码是唯一可解码的?
答：C3和C4
(b) 哪一个编码是即时可解码的?
答：C3
© 对于某些概率分配，给定的编码中哪一个是最优的无前缀编码?
答：C4
6.4什么是“隐藏终端”，它们是如何影响无线传感器网络的性能的?
答：
当C在A和B传输的覆盖范围，但A、B彼此不在对方的覆盖范围内，A、B可能会同时向C发起传输请求，这意味着原本A、B能感知到对方正在发送数据，自己应当保持沉默。但由于覆盖范围原因，二者并无法感知到对方正在传输数据，因此发生的碰撞问题。
幸运的是，这个问题可以被RTS/CTS机制解决
6.13考虑图6.18中的网络拓扑，其中线表示哪些节点可以相互通信和干扰。假设TDMA协议与帧大小为5插槽和每个节点只能是发送者或接收者在任何时间插槽。
(a)生成一个时间表，使每个节点都有机会与所有相邻节点进行通信。
(b)在你的时间表中，一个帧中每个节点可以休眠多少个插槽来保存能量?您对节点密度和节能有什么见解?
©假设节点A向节点E发送消息;使用您的时间表，E需要多长时间(以时段数计)才能收到消息?(解释你的答案。)

6.29负载周期的使用允许节点交替活动周期和低功率睡眠间隔。然而，这通常会引入较大的通信延迟。在图6.20中，节点A希望使用A- b - c - d - e -F路由向节点F发送数据包。设两条虚线垂直线之间的间隔为一个单位的时间，每个传输需要恰好一个单位的时间重叠的活动周期的两个相邻的节点。图中已经显示了A和它的邻居之间的第一次传输。完成此图以确定数据包所经历的端到端延迟。此外，请解释RMAC如何减少这些端到端延迟，以及在RMAC网络中这种延迟是什么?最后，解释RMAC协议如何减少冲突。

答：
通过沿路由发送一个控制帧来通知节点即将到来的数据包，从而使它们了解何时醒来以接收和转发此数据包来实现减少端到端延迟
RMAC网络中这种延迟是DIFS周期+SIFS周期的短暂时延
能来自两个不同来源的数据包（在DATA期间在PION调度过程中成功完成，但彼此看不到）仍然可能发生冲突。此问题已通过称为“需求唤醒”（DW-MAC）的类似协议解决（Sun等，2008a）。
2.5传感器数据的过采样如何克服噪声的影响?
答：增加采样频率可以改善系统的信噪比，其原因是，当采样频率增加时，量化噪声功率仍保持不变（量化噪声只与字长有关），量化误差可以建模为样本与样本之间不相关，这就将产生平坦的频率响应，从而具有单边功率谱密度：功率谱密度等于两倍的量化噪声功率与采样频率之比。 (过采样会拉宽通道的可用带宽在噪声功率一定的情况下大的带宽平均了噪声的功率谱从而起到抑制噪声作用)
3.12说明FPGA和ASIC之间的基本异同。

5.2假设离散无记忆信道(DMS)源以概率发射由a ={- 1,0,1}组成的符号，P(-1) = 0.5, P(0) =P(1) = 0.25。如果源也可以配置,而不是一次发射一个符号,它可以发出两个符号(A^2)的概率是个体的概率的乘法符号,显示第二个配置是两倍的熵的熵大于第一个配置。

证明：第一种构型： log_2⁡〖1/0.25=2〗 E[L(A)] = 0.51+0.252+0.252 = 1.5
第二种构型：log_2⁡〖1/0.125=3〗 log_2⁡〖1/0.0625=4〗
P(-1,-1)=0.25 P(-1,0)=0.125 P(-1,1)= 0.125
P(0,-1)=0.125 P(0,0)= 0.250.25=0.0625 P(0,1)=0.250.25=0.0625
P(1,-1)=0.125 P(1,0)=0.0625 P(1,1)= 0.250.25=0.0625
E[L(A2)] = 0.252+0.12534+0.06254*4 = 3
E[L(A2)] / E[L(A)] = 2

5.14为什么在发射机的功率放大器上浪费相当多的功率?
答:因为无线传感网络运行在免许可证的ISM频谱中，在这个模型中，噪声会使发射信号的振幅失真。可以采用增加功率的方式使信噪比提高，噪声则于信道无关。
6.5考虑图6.17的网络拓扑，其中圈表示每个节点的通信和干扰范围，即每个节点可以听到左右的近邻。假设RTS/CTS没有被使用。

(a) 节点B目前向节点a发送信息，而节点C想向节点d发送信息。节点C是否可以这样做(即在不引起冲突的情况下可以这样做)，是否决定这样做?
答:节点C不可以这样做。
(b) 节点C发送给节点B，节点E想发送给节点d。E允许这样做吗?它会这样做吗?
答:节点E会这样做
© 节点A发送给节点B，节点D发送给节点c，哪些其他节点可以同时发送?
答:节点F可以同时发送
(d) 节点A发送给节点B，节点E发送给节点f。哪些其他节点可以同时发送?
答:介质忙，没有其他节点可以同时发送
6.17 TRAMA协议是无竞争MAC方案的一个例子。回答以下有关TRAMA的问题。
(a) TRAMA协议(与基于竞争的协议相比)的优点和缺点是什么?
答TRAMA 降低了冲突的可能性，并动态确定何时允许节点传输（基于流量），从而提高吞吐量。由于 TRAMA 使用时隙通道，它允许节点确定何时必须保持清醒以及何时可以进入低功耗睡眠模式。节点必须在随机访问间隔期间唤醒。与其他无争用协议一样，TRAMA 中的通信可能会遇到比基于争用的协议更大的延迟，因为节点必须等待其计划插槽才能开始传输。
冲突少，因此吞吐量大；节点可确定何时空闲，因此节能；但必须分配到时间槽才能发送数据，因此延迟更高。。
(b)传输槽和信令槽的区别是什么?
答：transmission slots分配给单个节点用于无争用传输，而signaling slots用于随机介质访问（基于争用的通信）。节点可以通过在随机访问间隔中随机选择插槽传输来加入网络
© NP成分的目的是什么?
答：Neighbor Protocol（NP）用于在相邻节点之间传播单跳邻居信息，从而允许它们获取一致的双跳拓扑信息。。
6.24说明PAMAS的忙音方案如何帮助避免隐藏终端问题。
答：PAMAS中使用了忙音信号，接收节点在收到数据分组的同时开始在控制信道上发送一段时间的忙音信号，这样可以保护数据分组，防止隐藏终端的发送造成的冲突，这种做法类似于BTMA协议。

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