移動(dòng)計(jì)算技術(shù)-無線傳感網(wǎng)-2014

移動(dòng)計(jì)算技術(shù)-無線傳感網(wǎng)-2014第一頁，共202頁。關(guān)于信息技術(shù)的論述著名科學(xué)家錢學(xué)森：測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的組成部分。信息技術(shù)的關(guān)鍵還是測(cè)量，測(cè)量是基礎(chǔ)和關(guān)鍵。IT＝測(cè)量＋計(jì)算機(jī)＋通訊惠普(HP)公司認(rèn)為：IT＝MC2

MC2＝Measurement＋Computer

＋Communication傳感技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量手段第二頁，共202頁。國家需求醫(yī)療監(jiān)護(hù)智能交通智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)國防軍事防災(zāi)減災(zāi)工業(yè)監(jiān)控新一代網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)將在新一代網(wǎng)絡(luò)中起重要作用第三頁，共202頁。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主線第四頁，共202頁。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與發(fā)展第五頁，共202頁。WSN概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wirelesssensornetwork,WSN）系統(tǒng)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等

如果說Internet改變了人與人之間的溝通方式，那么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會(huì)改變?nèi)祟惻c自然界的交互方式；人們可以通過傳感網(wǎng)絡(luò)直接感知客觀世界，從而極大地?cái)U(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識(shí)世界的能力

第六頁，共202頁。任務(wù)管理中心Internet、衛(wèi)星或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等匯聚節(jié)點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)測(cè)區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)第七頁，共202頁。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，目的是協(xié)作地采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，并報(bào)告給用戶。“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”術(shù)語的標(biāo)準(zhǔn)定義第八頁，共202頁。什么是無線傳感網(wǎng)絡(luò)？ 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量微型、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的多跳無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān) 大規(guī)模、自組織、隨機(jī)部署、環(huán)境復(fù)雜、傳感器節(jié)點(diǎn)資源有限、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?jīng)常變化第九頁，共202頁。數(shù)字世界傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)物理世界連接物理世界和數(shù)字世界第十頁，共202頁。無線傳感網(wǎng)絡(luò)在新一代網(wǎng)絡(luò)中的角色無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)絡(luò)第十一頁，共202頁。感知能力＋計(jì)算能力＋通信能力體積小能耗小現(xiàn)代微型傳感器第十二頁，共202頁。傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器模塊：信息采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器模塊：控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無線通訊模塊：無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)能量供應(yīng)模塊：提供能量第十三頁，共202頁。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模：結(jié)點(diǎn)數(shù)量與分布的地理范圍自組織網(wǎng)絡(luò)

:自動(dòng)形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化

:具有動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu)性802.15.4標(biāo)準(zhǔn)：低功耗、低速率、低成本第十四頁，共202頁。傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少，傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以分為平面結(jié)構(gòu)和分級(jí)結(jié)構(gòu)。如果網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較小，一般采用平面結(jié)構(gòu)。如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，則必須采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第十五頁，共202頁。平面結(jié)構(gòu)

平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)比較簡單，所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，所以又可以稱為對(duì)等式結(jié)構(gòu)。源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間一般存在多條路經(jīng)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷由這些路徑共同承擔(dān)，一般情況下不存在瓶頸，網(wǎng)絡(luò)比較健壯。平面型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)的組織、路由建立、控制與維持的報(bào)文開銷上都存在問題，這些開銷會(huì)占用很大的帶寬，影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸速率。另外，整個(gè)系統(tǒng)在宏觀上將損耗很大的能量。還有一個(gè)缺點(diǎn)就是可擴(kuò)充性差。第十六頁，共202頁。分級(jí)結(jié)構(gòu)在分級(jí)結(jié)構(gòu)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)簇。每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成。這些簇頭形成了高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)。簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，簇成員只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集。這大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量，具有很好的可擴(kuò)充性。問題就是簇頭的能量消耗問題，簇頭發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文的頻率要高出普通節(jié)點(diǎn)幾倍或十幾倍，因而要求可以在簇內(nèi)運(yùn)行簇頭選擇程序來更換簇頭。第十七頁，共202頁。這些結(jié)點(diǎn)在一個(gè)微小的芯片上集成了信息采集、數(shù)據(jù)處理和無線電通信等多種功能。傳感器微型處理器無線通信最小的芯片只有150×150×7.5微米無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由成千上萬個(gè)微型傳感器組成，每個(gè)微型傳感器稱為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)“結(jié)點(diǎn)”。第十八頁，共202頁。傳感器技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)感官大腦神經(jīng)現(xiàn)代信息技術(shù)信息系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第十九頁，共202頁。結(jié)點(diǎn)的構(gòu)成傳感器應(yīng)用程序無線通信內(nèi)存CPU電源網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)（基站）（較強(qiáng)的處理、通信能力）網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)（簡單處理、短距離通信）第二十頁，共202頁。1、傳感器結(jié)點(diǎn)激活；2、通過無線通信，確定自身的位置；3、自動(dòng)組織成網(wǎng)絡(luò)；喚醒、聯(lián)絡(luò)、確定自身位置網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)

第二十一頁，共202頁。各傳感器分別探測(cè)外部信息溫度濕度土壤成分圖象壓強(qiáng)壓力光照聲音加速度？因環(huán)境影響、能量耗盡等原因，結(jié)點(diǎn)容易發(fā)生故障。磁場(chǎng)位移核輻射第二十二頁，共202頁。各結(jié)點(diǎn)將信息匯聚到基站結(jié)點(diǎn)出故障，其它結(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)尋找別的“同伴”完成任務(wù)。網(wǎng)關(guān)

（路由器）既要輸出本身的信息，還要傳遞其它結(jié)點(diǎn)的信息。結(jié)點(diǎn)能量不足時(shí)，只能輸出本身的信息，而無法傳遞其它結(jié)點(diǎn)的信息。第二十三頁，共202頁。衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)信息經(jīng)衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)用戶網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)對(duì)各路信息進(jìn)行過濾，把重要的信息發(fā)送給用戶。第二十四頁，共202頁。衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)大量結(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布聯(lián)絡(luò)、自身定位、自動(dòng)組織成網(wǎng)絡(luò)傳感器探測(cè)磁場(chǎng)和震動(dòng)信息1、是不是坦克？2、根據(jù)多點(diǎn)信息，

進(jìn)行目標(biāo)定位報(bào)告時(shí)間、方位、速度、方向第二十五頁，共202頁。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的意義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了全世界的關(guān)注，被認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大網(wǎng)絡(luò)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究及其應(yīng)用方面，我國與發(fā)達(dá)國家?guī)缀跬絾?dòng)，它已經(jīng)成為我國信息領(lǐng)域，位居世界前列的少數(shù)項(xiàng)目之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被稱為21世紀(jì)最具影響的技術(shù)之一；是改變世界的十大新興技術(shù)之首；是全球未來的四大高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。第二十六頁，共202頁。大型機(jī)PC機(jī)互聯(lián)網(wǎng)東方明珠金茂大廈環(huán)球金融中心上海中心1998年420米

2008年580米1994年350米

492米無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2014年制高點(diǎn)信息產(chǎn)業(yè)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為繼計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后，國際競(jìng)爭新的制高點(diǎn)。1965年1980年1995年2010年第二十七頁，共202頁。

WSN關(guān)鍵技術(shù)

第二十八頁，共202頁。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及：傳感器技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線傳輸技術(shù)嵌入式計(jì)算技術(shù)分布式信息處理技術(shù)微電子制造技術(shù)軟件編程技術(shù)第二十九頁，共202頁。第三十頁，共202頁。無線傳感器結(jié)點(diǎn)的限制

電源能量對(duì)結(jié)點(diǎn)壽命的影響

環(huán)境對(duì)通信距離與信道質(zhì)量的影響計(jì)算、存儲(chǔ)能力對(duì)結(jié)點(diǎn)協(xié)同工作質(zhì)量的影響

第三十一頁，共202頁。電源對(duì)無線傳感器結(jié)點(diǎn)的限制第三十二頁，共202頁。物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層能量分配移動(dòng)管理應(yīng)用優(yōu)化協(xié)議架構(gòu)第三十三頁，共202頁。通信能力有限節(jié)點(diǎn)帶寬窄，而且經(jīng)常變化節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米，而且經(jīng)常變化挑戰(zhàn)之一如何在如此有限通信能力的條件下,高質(zhì)量地完成感知數(shù)據(jù)的查詢、分析、挖掘與傳輸？在傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，發(fā)現(xiàn)最小化算法通信復(fù)雜性的機(jī)理是我們面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)問題！通信能力的挑戰(zhàn)第三十四頁，共202頁。多源、多跳是主要通信方式多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)向一個(gè)目標(biāo)傳送信息一次多源信息傳輸需要多條由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成的路徑挑戰(zhàn)之二如何為多源信息傳輸選擇優(yōu)化通信路徑？在傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，建立選擇優(yōu)化或近似優(yōu)化通信路徑的理論是我們面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)問題！通信能力的挑戰(zhàn)第三十五頁，共202頁。通信能力有限節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米如何在有限的通信能力條件下,完成探測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸？無線通信技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)！關(guān)鍵技術(shù)-無線通信技術(shù)第三十六頁，共202頁。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、斷接頻繁在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)頻繁節(jié)點(diǎn)間通信的斷接頻繁，導(dǎo)致通信失敗.經(jīng)常受到高山、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,因此傳感器可能會(huì)長時(shí)間脫離網(wǎng)絡(luò),離線工作挑戰(zhàn)之三通信路徑重構(gòu)成為突出問題？路由算法必須具有自適應(yīng)性？如何建立網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)連通性的數(shù)據(jù)理論，為通信路徑重構(gòu)和自適應(yīng)路由算法設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)是我們面臨的第三個(gè)挑戰(zhàn)問題？通信能力挑戰(zhàn)第三十七頁，共202頁。自組織的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有基站節(jié)點(diǎn)失效、新節(jié)點(diǎn)加入，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性，需要自動(dòng)愈合多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)路由是關(guān)鍵技術(shù)！關(guān)鍵技術(shù)-多跳自組織路由第三十八頁，共202頁。電源能量有限傳感器的電源能量極其有限由于電源能量的原因經(jīng)常失效或廢棄電源能量約束是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的障礙現(xiàn)有電源部件不能滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的需要傳感器傳輸信息比執(zhí)行計(jì)算更消耗電能傳感器傳輸1位信息需要的電能足以執(zhí)行3000條計(jì)算指令挑戰(zhàn)之四如何傳感器網(wǎng)絡(luò)在工作過程中節(jié)省能，實(shí)現(xiàn)能源均衡，最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期？建立能源復(fù)雜性和能源均衡理論是我們面臨的第四個(gè)挑戰(zhàn)性問題！電源能量挑戰(zhàn)第三十九頁，共202頁。電源能量有限通常電池供電，工作環(huán)境惡劣，一次部署終生使用，更換電池困難如何節(jié)省電源、最大化網(wǎng)絡(luò)的使用壽命？低功耗設(shè)計(jì)問題是關(guān)鍵技術(shù)！關(guān)鍵技術(shù)-低功耗設(shè)計(jì)第四十頁，共202頁。計(jì)算能力有限傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器通常都具有嵌入式處理器和存儲(chǔ)器，具有計(jì)算能力但是，處理器性能、存儲(chǔ)器容量和能源都很有限，導(dǎo)致傳感器的計(jì)算能力十分有限挑戰(zhàn)之五

如何使用大量具有有限計(jì)算能力的傳感器設(shè)計(jì)能源有效的高性能分布式算法?

設(shè)計(jì)同時(shí)最小化能源、時(shí)間、空間和通信復(fù)雜性的分布式算法是我們面臨的第五個(gè)挑戰(zhàn)性問題！計(jì)算能力挑戰(zhàn)第四十一頁，共202頁。計(jì)算能力有限節(jié)點(diǎn)體積小，處理器和存儲(chǔ)器性能有限，不允許進(jìn)行復(fù)雜算法的運(yùn)算嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵技術(shù)！關(guān)鍵技術(shù)-嵌入式操作系統(tǒng)第四十二頁，共202頁。傳感器數(shù)量大、分布范圍廣傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)密集，數(shù)量巨大，可能達(dá)到幾百、幾千萬，甚至更多傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分布在很大區(qū)域，也可以分布在險(xiǎn)惡環(huán)境下傳感器數(shù)量大、分布廣的特點(diǎn)使得網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)十分困難甚至不可維護(hù)挑戰(zhàn)之六如何使傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件具有高強(qiáng)壯性和容錯(cuò)性是我們面臨的第六個(gè)挑戰(zhàn)性問題！大規(guī)模部署挑戰(zhàn)第四十三頁，共202頁。大規(guī)模分布式觸發(fā)器很多傳感器網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)感知對(duì)象進(jìn)行控制（如溫度控制）傳感器需要配備回控裝置和控制軟件我們稱回控裝置和控制軟件為觸發(fā)器挑戰(zhàn)之七如何管理成千上萬分布式觸發(fā)器是我們面臨的第七個(gè)挑戰(zhàn)性問題？大規(guī)模部署挑戰(zhàn)第四十四頁，共202頁。感知數(shù)據(jù)流無限傳感器網(wǎng)絡(luò)每個(gè)傳感器都產(chǎn)生無限的流式數(shù)據(jù)，并具有實(shí)時(shí)性每個(gè)傳感器僅具有有限的存儲(chǔ)器和計(jì)算資源，難以處理巨大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流挑戰(zhàn)之八如何設(shè)計(jì)高效率、能源有效、實(shí)時(shí)的海量感知數(shù)據(jù)流的查詢、分析和挖掘的分布式算法？大規(guī)模部署挑戰(zhàn)第四十五頁，共202頁。以數(shù)據(jù)為中心傳感器網(wǎng)絡(luò)不是通常的網(wǎng)絡(luò)用戶感興趣的是數(shù)據(jù)而不是網(wǎng)絡(luò)和傳感器硬件用戶很少詢問“A節(jié)點(diǎn)到B節(jié)點(diǎn)的連接是如何實(shí)現(xiàn)的？”用戶經(jīng)常詢問“網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中那些地區(qū)出現(xiàn)毒氣？”傳感器網(wǎng)絡(luò)不是以地址為中心的用戶不會(huì)詢問“地址為27的傳感器的溫度是多少？”用戶感興趣是“某個(gè)地理位置的溫度是多少？”數(shù)據(jù)傳輸以聚集方式進(jìn)行,而不是地址到地址的路由大規(guī)模部署挑戰(zhàn)第四十六頁，共202頁。傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)把傳感器視為感知數(shù)據(jù)流或感知數(shù)據(jù)源把傳感器網(wǎng)絡(luò)視為感知數(shù)據(jù)空間或數(shù)據(jù)庫把數(shù)據(jù)管理和處理作為網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目標(biāo)挑戰(zhàn)之九如何建立以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò)？以感知數(shù)據(jù)管理和處理為中心;

把數(shù)據(jù)管理和處理技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融為一體;

為用戶提供有效的感知數(shù)據(jù)空間或感知數(shù)據(jù)庫;

使用戶如同使用通常的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一樣自如地使用感知數(shù)據(jù).傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的理論和技術(shù)是我們面臨的第九個(gè)挑戰(zhàn)性問題！大規(guī)模部署挑戰(zhàn)第四十七頁，共202頁。傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)用戶感興趣的是數(shù)據(jù)而不是網(wǎng)絡(luò)和傳感器硬件如何建立以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò)？關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)融合方法！關(guān)鍵技術(shù)-數(shù)據(jù)融合方法第四十八頁，共202頁。需要多種多樣的感知器物理傳感器生物傳感器化學(xué)傳感器……挑戰(zhàn)之十如何建立新感知器概念、理論、技術(shù)和各種新型感知器是我們面臨的第十個(gè)挑戰(zhàn)性問題？傳感器多樣性挑戰(zhàn)第四十九頁，共202頁。其他挑戰(zhàn)性問題傳感器的投放或撒播理論與技術(shù)傳感器的定位問題時(shí)鐘同步問題組網(wǎng)連通可靠性研究和探測(cè)覆蓋率研究傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性問題和抗干擾問題信號(hào)的協(xié)作處理挑戰(zhàn)第五十頁，共202頁。網(wǎng)絡(luò)攻擊無處不在傳感器節(jié)點(diǎn)的物理操縱傳感信息的竊聽拒絕服務(wù)攻擊私有信息的泄露……安全性是傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要問題。如何保護(hù)機(jī)密數(shù)據(jù)和防御網(wǎng)絡(luò)攻擊是關(guān)鍵技術(shù)！關(guān)鍵技術(shù)-安全性第五十一頁，共202頁。傳感器網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)第五十二頁，共202頁。國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要前沿技術(shù)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自組織傳感器網(wǎng)技術(shù)低成本的實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)多傳感信息融合技術(shù)研究自組織智能系統(tǒng)優(yōu)先主題下一代網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與服務(wù)傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理重點(diǎn)開發(fā)多種新型傳感器基于多種傳感信息的智能化信息處理技術(shù)發(fā)展低成本的傳感器網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)第五十三頁，共202頁。國內(nèi)研究現(xiàn)狀：NSF資助項(xiàng)目項(xiàng)目編號(hào)/申請(qǐng)代碼1項(xiàng)目名稱項(xiàng)目負(fù)責(zé)人依托單位60533110/F02傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件及數(shù)據(jù)管理關(guān)鍵技術(shù)研究李建中哈爾濱工業(yè)大學(xué)60573050/F020104基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全路由協(xié)議研究周賢偉北京科技大學(xué)10572058/A020205基于無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的先進(jìn)損傷識(shí)別技術(shù)周麗南京航空航天大學(xué)60574032/F030109傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息壓縮與融合理論及算法研究周杰四川大學(xué)60572037/F010106可信傳感器網(wǎng)絡(luò)路由交換理論與關(guān)鍵技術(shù)張思東北京交通大學(xué)60502036/F010106無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分布式信源編碼張琳北京郵電大學(xué)60502021/F010104傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器配置算法的研究姚向華西安交通大學(xué)60503036/F020204以數(shù)據(jù)為中心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)查詢處理與查詢優(yōu)化技術(shù)研究楊曉春東北大學(xué)60573111/F020303移動(dòng)性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究唐碧華北京郵電大學(xué)60573122/F020303無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間同步機(jī)制與算法的研究任豐原清華大學(xué)10571052/A010206傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配方案的組合論研究李喬良湖南師范大學(xué)60573115/F020303無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議研究胡月明華南農(nóng)業(yè)大學(xué)60574087/F0302無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位與跟蹤方法的研究管曉宏清華大學(xué)60572060/F0101無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多層能量優(yōu)化機(jī)制和算法研究崔莉中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所60573132/F020303基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂脐惲娔暇┐髮W(xué)60572049/F010106可重構(gòu)MIMO的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息處理與傳輸程文青華中科技大學(xué)60434030/F0302面向傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布自治系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及協(xié)調(diào)控制理論于海斌中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所50408034/E080702基于城市軌道交通的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型、適應(yīng)性及評(píng)價(jià)策略研究張輪同濟(jì)大學(xué)60472074/F010107無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)和算法的研究王福豹西北工業(yè)大學(xué)60472059/F010303基于小世界網(wǎng)絡(luò)的傳感器網(wǎng)絡(luò)研究劉中南京理工大學(xué)60475031/F030601傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)特征與可重構(gòu)控制框架李文鋒武漢理工大學(xué)60473075/F020204傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理關(guān)鍵技術(shù)的研究李建中哈爾濱工業(yè)大學(xué)60475012/F030405傳感器網(wǎng)絡(luò)中圖像傳感節(jié)點(diǎn)及相關(guān)協(xié)議的研究季振洲哈爾濱工業(yè)大學(xué)60374072/F0302新一代分布式智能自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)研究于海斌中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所60373014/F020303嵌入式Internet環(huán)境下傳感器網(wǎng)絡(luò)計(jì)算及其移動(dòng)代理方法研究王雪清華大學(xué)60373049/F020303基于能量高效的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究方貴明中國科學(xué)院軟件研究所第五十四頁，共202頁。挑戰(zhàn)有許多尚未解決的問題有許多尚待發(fā)現(xiàn)的問題有許多尚待拓展的應(yīng)用低能耗、自組織節(jié)點(diǎn)資源有限網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜異構(gòu)性、擴(kuò)展性節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)規(guī)模難以擴(kuò)展泛在性、協(xié)同性多應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多數(shù)據(jù)難以融合具有安全性的操作系統(tǒng)自動(dòng)地址分配方法精準(zhǔn)的定位方法高效的MAC協(xié)議面向應(yīng)用的可靠性路由協(xié)議多網(wǎng)關(guān)的優(yōu)化配置問題自適應(yīng)的狀態(tài)切換與節(jié)點(diǎn)調(diào)度高效協(xié)同的事件監(jiān)測(cè)手段感知數(shù)據(jù)的查詢、分析及挖掘移動(dòng)傳感器引發(fā)的問題

…第五十五頁，共202頁。用戶終端和設(shè)備三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題無線傳感網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)電話PDA標(biāo)簽GPS無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)互連低耗自組泛在協(xié)同第五十六頁，共202頁。異構(gòu)互連低耗自組泛在協(xié)同三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題如何對(duì)大規(guī)模低成本的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電；如何應(yīng)對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)部署的隨機(jī)性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在時(shí)間和空間上的復(fù)雜多變性第五十七頁，共202頁。異構(gòu)互連低耗自組泛在協(xié)同三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題如何應(yīng)對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)（即節(jié)點(diǎn)）的異構(gòu)性和網(wǎng)絡(luò)間的異構(gòu)性；如何應(yīng)對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性第五十八頁，共202頁。異構(gòu)互連低耗自組泛在協(xié)同三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題如何建立多應(yīng)用場(chǎng)景自適應(yīng)模型以及多傳感數(shù)據(jù)協(xié)同處理方法；如何對(duì)多傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同處理，應(yīng)對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的泛在性第五十九頁，共202頁。973項(xiàng)目：研究內(nèi)容節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理理論與算法自主組網(wǎng)模型與方法通信協(xié)議接入互聯(lián)網(wǎng)的模型與機(jī)制應(yīng)用示范系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)與監(jiān)控工具第六十頁，共202頁。973項(xiàng)目：課題之間的關(guān)系課題1：節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)課題2：自主組網(wǎng)模型與方法課題3:通信協(xié)議研究課題4：接入互聯(lián)網(wǎng)的模型與機(jī)制課題5：數(shù)據(jù)管理理論與算法課題6：應(yīng)用示范系統(tǒng)課題7：測(cè)試平臺(tái)與監(jiān)控工具第六十一頁，共202頁。973項(xiàng)目：目標(biāo)與成果目標(biāo)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論方面取得突破為無線傳感網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模應(yīng)用提供關(guān)鍵技術(shù)支撐成果無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用示范系統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證平臺(tái)異構(gòu)互連模型機(jī)制數(shù)據(jù)管理理論方法節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)第六十二頁，共202頁。

挑戰(zhàn)一：節(jié)點(diǎn)問題性能問題Mica2只能3跳感知熱、力、光、電、聲、位移、震動(dòng)，

還要感知化學(xué)成分。價(jià)格問題好的傳感器：10kmradio+40mbps+20kdata微系統(tǒng)所傳感器節(jié)點(diǎn)價(jià)格:幾元～幾萬美金體積問題1cubicinch=16387cubicmillimeter假設(shè)Moore定律永遠(yuǎn)有效，Log16387=?能耗問題Mica2：十幾個(gè)小時(shí)代替能源:太陽能，無線電磁波充電Mica212/0238.4kbpsradio

FSK第六十三頁，共202頁。

挑戰(zhàn)二：互聯(lián)問題WSNInternetWSNInternetWSNInternet模式一模式二模式三誰大誰小的問題毅然沒有解決Geni(GlobalEnvironmentforNetworkInnovations)第六十四頁，共202頁。

挑戰(zhàn)三：移動(dòng)性問題無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)三層結(jié)構(gòu)、無線接入手段網(wǎng)狀傳感器網(wǎng)絡(luò)(MeshSensorNetwork)多種變形只有下面兩層上兩層合二為一Router可移動(dòng)底層可以異構(gòu)節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)router可移動(dòng)

gateway可移動(dòng)sink可移動(dòng)

第六十五頁，共202頁。

挑戰(zhàn)四：覆蓋問題有向有向傳感有向天線有向傳輸覆蓋問題Coverageproblem

Boundarycoverage(UIUCKumar)

uncoveryproblem第六十六頁，共202頁。挑戰(zhàn)五：模擬與仿真?zhèn)鞑シ秶畔⒃磦鞲泄?jié)點(diǎn)增加無線傳感節(jié)點(diǎn)會(huì)增加傳送成功率嗎?接收器一個(gè)真實(shí)的測(cè)試實(shí)例第六十七頁，共202頁。挑戰(zhàn)五：模擬與仿真在室外與室內(nèi)傳送成功率有很大差異仿真或模擬是看不出來的證明實(shí)驗(yàn)性研究的重要性第六十八頁，共202頁。

更多挑戰(zhàn)自動(dòng)標(biāo)識(shí)定位與測(cè)距安全保障。。。第六十九頁，共202頁。道路是曲折的，前途是光明的低耗自主異構(gòu)互聯(lián)泛在協(xié)同…第七十頁，共202頁。一則寓言巨型機(jī)說：“我認(rèn)為全球大概只需要五臺(tái)計(jì)算機(jī)就夠了”；PC機(jī)說：“每個(gè)家庭的桌面上都應(yīng)該有一臺(tái)電腦”;PocketPC說：“太大了，應(yīng)該每人口袋里放一臺(tái)”;WSN說：“每粒沙子都應(yīng)該是一臺(tái)計(jì)算機(jī)”。第七十一頁，共202頁。時(shí)間同步機(jī)制定位技術(shù)數(shù)據(jù)融合能量管理安全機(jī)制。。。應(yīng)用層技術(shù)第七十二頁，共202頁。傳感器網(wǎng)絡(luò)同步管理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步管理主要是指時(shí)間上的同步管理。在分布式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘。不同節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器頻率存在偏差，以及濕度和電磁波的干擾等都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)行時(shí)間偏差。有時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力有限，或者某些應(yīng)用的需要，使得整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能要求網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)相互配合來共同完成，分布式系統(tǒng)的協(xié)同工作需要節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步，因此，時(shí)間同步機(jī)制是分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)框架的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。第七十三頁，共202頁。在分布式系統(tǒng)中，時(shí)間同步涉及“物理時(shí)間”和“邏輯時(shí)間”兩個(gè)不同的概念?！拔锢頃r(shí)間”用來表示人類社會(huì)使用的絕對(duì)時(shí)間；“邏輯時(shí)間”體現(xiàn)了事件發(fā)生的順序關(guān)系，是一個(gè)相對(duì)概念。分布式系統(tǒng)通常需要一個(gè)表示整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間的全局時(shí)間。全局時(shí)間根據(jù)需要可以是物理時(shí)間或邏輯時(shí)間。物理時(shí)間和邏輯時(shí)間第七十四頁，共202頁。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步機(jī)制的意義和作用主要體現(xiàn)在如下兩方面：首先，傳感器節(jié)點(diǎn)通常需要彼此協(xié)作，去完成復(fù)雜的監(jiān)測(cè)和感知任務(wù)。數(shù)據(jù)融合是協(xié)作操作的典型例子，不同的節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)最終融合形成了一個(gè)有意義的結(jié)果。其次，傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些節(jié)能方案是利用時(shí)間同步來實(shí)現(xiàn)的。傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的意義第七十五頁，共202頁。WSN時(shí)間同步技術(shù)背景集中式系統(tǒng)與分布式系統(tǒng)集中式：事件間有著明確的時(shí)間先后關(guān)系，不存在同步問題分布式：同步是必需的，只是對(duì)同步的要求程度不同無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步典型的分布式系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)需要解決的問題同步精度功耗可擴(kuò)展性第七十六頁，共202頁。WSN時(shí)間同步機(jī)制的主要性能參數(shù)最大誤差：一組傳感器節(jié)點(diǎn)之間的最大時(shí)間差或相對(duì)外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的最大差值。同步期限：節(jié)點(diǎn)保持時(shí)間同步的時(shí)間長度。同步范圍：節(jié)點(diǎn)保持時(shí)間同步的區(qū)域范圍。可用性：范圍覆蓋的完整性。效率：達(dá)到同步精度所經(jīng)歷的時(shí)間以及消耗的能量。代價(jià)和體積：需要考慮節(jié)點(diǎn)的價(jià)格和體積。第七十七頁，共202頁。時(shí)間同步技術(shù)的分類排序、相對(duì)同步與絕對(duì)同步遞進(jìn)關(guān)系各自具有典型的協(xié)議代表外同步與內(nèi)同步參考源不同局部同步與全網(wǎng)同步同步對(duì)象的范圍不同第七十八頁，共202頁。傳統(tǒng)同步：NTP與GPSNTP：網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議GPS：全球定位系統(tǒng)時(shí)間同步協(xié)議第七十九頁，共202頁。NTP（NetworkTimeProtocol）NTP不適合于WSN體積、計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間存在限制傳輸方式不同：無線而非有線目標(biāo)不同：局部最優(yōu)而非全局最優(yōu)NTP第八十頁，共202頁。GPS（GlobalPositionSystem）

從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航與定位問題。每顆衛(wèi)星上配備有高精度的銣、銫原子鐘，并不斷發(fā)射其時(shí)間信息地面接收裝置同時(shí)接收4顆衛(wèi)星的時(shí)間信息，采用偽距測(cè)量定位方法可計(jì)算出時(shí)間和位置信息缺點(diǎn)（室內(nèi)、功耗、安全性、分布式）GPS第八十一頁，共202頁。傳感器網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)室內(nèi)、礦井、森林，有遮擋低功耗、低成本和小體積傳輸延遲的不確定性可擴(kuò)展性、移動(dòng)性健壯性、安全性網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、多點(diǎn)協(xié)作第八十二頁，共202頁。傳輸延遲的不確定性發(fā)送時(shí)間：發(fā)送節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和發(fā)送時(shí)間同步消息所用時(shí)間。e.g.,系統(tǒng)調(diào)用時(shí)間；內(nèi)核調(diào)度時(shí)間；消息從主機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)接口時(shí)間。訪問時(shí)間：發(fā)送節(jié)點(diǎn)等待訪問網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的時(shí)間。傳播延遲：發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。接收時(shí)間：從接收節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口接收到消息到通知主機(jī)消息達(dá)到事件所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。第八十三頁，共202頁。低功耗、低成本和小體積軟硬件都要受到該限制存儲(chǔ)與計(jì)算能力均比較小加劇了電能供應(yīng)的緊張（電池體積）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、密度高通信距離近分布式、協(xié)作第八十四頁，共202頁。可擴(kuò)展性（Scalability）在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中尤為重要是大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計(jì)中非常重要的問題滿足不同的網(wǎng)絡(luò)類型、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模滿足不同的應(yīng)用需求第八十五頁，共202頁。健壯性外部環(huán)境復(fù)雜，搞毀能力需要應(yīng)對(duì)安全性挑戰(zhàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變化、需求變化第八十六頁，共202頁。

RBS（ReferenceBroadcastSynchronization）同步協(xié)議的基本思想是多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收同一個(gè)同步信號(hào)，然后多個(gè)收到同步信號(hào)的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行同步。這種同步算法消除了同步信號(hào)發(fā)送一方的時(shí)間不確定性。這種同步協(xié)議的缺點(diǎn)是協(xié)議開銷大。

Tiny/Mini-Sync是兩種簡單的輕量級(jí)時(shí)間同步機(jī)制。TPSN（Timing-syncProtocolforSensorNetworks）時(shí)間同步協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。幾種比較成熟的時(shí)間同步協(xié)議第八十七頁，共202頁。TPSN時(shí)間同步協(xié)議傳感器網(wǎng)絡(luò)TPSN時(shí)間同步協(xié)議類似于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的NTP協(xié)議，目的是提供傳感器網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步。在網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)與外界可以通信，從而獲取外部時(shí)間，這種節(jié)點(diǎn)稱為根節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)可裝配諸如GPS接收機(jī)這樣的復(fù)雜硬件部件，并作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時(shí)鐘源。TPSN協(xié)議采用層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先將所有節(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級(jí)，然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)與上一級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，最終所有節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的時(shí)間同步是基于發(fā)送者-接收者的同步機(jī)制。第八十八頁，共202頁。TPSN協(xié)議的操作過程TPSN協(xié)議包括兩個(gè)階段：第一個(gè)階段生成層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)賦予一個(gè)級(jí)別，根節(jié)點(diǎn)賦予最高級(jí)別第0級(jí)，第i級(jí)的節(jié)點(diǎn)至少能夠與一個(gè)第（i－1）級(jí)的節(jié)點(diǎn)通信；第二個(gè)階段實(shí)現(xiàn)所有樹節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步，第1級(jí)節(jié)點(diǎn)同步到根節(jié)點(diǎn)，第i級(jí)的節(jié)點(diǎn)同步到第（i－1）級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最終所有節(jié)點(diǎn)都同步到根節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。第八十九頁，共202頁。相鄰級(jí)別節(jié)點(diǎn)間的同步機(jī)制鄰近級(jí)別的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)間通過交換兩個(gè)消息實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。第九十頁，共202頁。邊節(jié)點(diǎn)S在T1時(shí)間發(fā)送同步請(qǐng)求分組給節(jié)點(diǎn)R，分組中包含S的級(jí)別和T1時(shí)間。節(jié)點(diǎn)R在T2時(shí)間收到分組，，然后在T3時(shí)間發(fā)送應(yīng)答分組給節(jié)點(diǎn)S，分組中包含節(jié)點(diǎn)R的級(jí)別和T1、T2和T3信息。節(jié)點(diǎn)S在T4時(shí)間收到應(yīng)答，因此可以推導(dǎo)出右面算式：節(jié)點(diǎn)S在計(jì)算時(shí)間偏差之后，將它的時(shí)間同步到節(jié)點(diǎn)R。相鄰級(jí)別節(jié)點(diǎn)間的同步機(jī)制第九十一頁，共202頁。節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)BT1T4T2T3RequestReply同步點(diǎn)TPSN第九十二頁，共202頁。很重要，是一種基本的分析方法理論分析和實(shí)驗(yàn)證明：TPSN同步誤差是RBS的一半結(jié)合對(duì)clockskew的估計(jì)，可以提高TPSN的精度TPSN對(duì)同步誤差的分析第九十三頁，共202頁。多跳TPSN全網(wǎng)周期性同步“層發(fā)現(xiàn)”把網(wǎng)絡(luò)組織成最短生成樹逐層在相鄰兩層節(jié)點(diǎn)間同步網(wǎng)絡(luò)內(nèi)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的同步“后同步”查找兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的路徑在路徑的相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行TPSN同步第九十四頁，共202頁。新型同步機(jī)制基于報(bào)文交換的同步機(jī)制面臨著挑戰(zhàn)同步精度問題可擴(kuò)展性問題新型同步機(jī)制螢火蟲同步協(xié)作同步兩個(gè)概念同時(shí)性與同步性第九十五頁，共202頁。螢火蟲同步1935年，Science1975年,Peskin的RC模型1989年，M&S模型（無延遲）1998年，Ernst（有延遲）結(jié)論2005年，真實(shí)地實(shí)現(xiàn)簡單，高效，可擴(kuò)展性強(qiáng)第九十六頁，共202頁。其他一些研究與結(jié)論理論上沒有突破單純的仿真方法意義有限螢火蟲同步技術(shù)對(duì)耦合延遲、耦合強(qiáng)度、耦合性質(zhì)、初始相位、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞纫蛩睾苊舾?。雖然在例如兩個(gè)振蕩器的同步收斂性研究上取得了一定的進(jìn)展，但無論是理論研究還是仿真研究，研究者在某些結(jié)論上還不能達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)。但可以認(rèn)同的一點(diǎn)是：在實(shí)際系統(tǒng)中，基于螢火蟲同步策略的同步技術(shù)會(huì)取得在一定誤差范圍內(nèi)的同步。第九十七頁，共202頁。螢火蟲同步同步可直接在物理層而不需要以報(bào)文的方式實(shí)現(xiàn)。直接用硬件實(shí)現(xiàn)，使得同步精度不會(huì)受到MAC延遲、協(xié)議處理與軟件實(shí)現(xiàn)等的影響。由于對(duì)任何同步信號(hào)的處理方式均相同，與同步信號(hào)的來源無關(guān)，因此可擴(kuò)展性以及適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的能力很強(qiáng)。機(jī)制非常簡單，不需要對(duì)其它節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息進(jìn)行存儲(chǔ)。螢火蟲同步算法的一個(gè)限制是要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相似性，但這種機(jī)制在非相似節(jié)點(diǎn)所組成的網(wǎng)絡(luò)下能否起到同步的作用，目前還不清楚。此外，由于螢火蟲同步的理論研究還遠(yuǎn)未結(jié)束，工程實(shí)用性還有待考察。第九十八頁，共202頁。協(xié)作同步本質(zhì)：空間平均而非時(shí)間平均實(shí)現(xiàn)上直接受限于信號(hào)處理技術(shù)第九十九頁，共202頁。小結(jié)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間同步不僅要關(guān)注同步精度，還需要關(guān)注同步能耗、可擴(kuò)展性和健壯性需求經(jīng)典的時(shí)間同步協(xié)議側(cè)重于同步精度和同步能耗的需求，采用時(shí)鐘飄移補(bǔ)償、MAC層時(shí)間戳技術(shù)以及雙向報(bào)文交換來提高同步精度，充分利用無線傳輸?shù)膹V播特性和捎帶技術(shù)來降低同步能耗螢火蟲同步和協(xié)作同步則側(cè)重于提高可擴(kuò)展性和健壯性。非常適合于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用第一百頁，共202頁。定位技術(shù)定位就是確定位置。定位的兩種意義：一種是確定自己在系統(tǒng)中的位置；一種是系統(tǒng)確定目標(biāo)在系統(tǒng)中的位置

在傳感器網(wǎng)絡(luò)的很多應(yīng)用問題中，沒有節(jié)點(diǎn)位置信息的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往往是沒有意義的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位問題的含義是指自組織的網(wǎng)絡(luò)通過特定方法提供節(jié)點(diǎn)的位置信息。第一百零一頁，共202頁。什么是定位？這種自組織網(wǎng)絡(luò)定位分為節(jié)點(diǎn)自身定位和目標(biāo)定位:。節(jié)點(diǎn)自身定位是確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置的過程目標(biāo)定位是確定網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)一個(gè)事件或者一個(gè)目標(biāo)的坐標(biāo)位置。節(jié)點(diǎn)自身定位是網(wǎng)絡(luò)自身屬性的確定過程，可以通過人工標(biāo)定或者各種節(jié)點(diǎn)自定位算法完成。目標(biāo)定位是以位置已知的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為參考，確定事件或者目標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)所在的位置。第一百零二頁，共202頁。

物理位置指目標(biāo)在特定坐標(biāo)系下的位置數(shù)值，表示目標(biāo)的相對(duì)或者絕對(duì)位置。

符號(hào)位置指在目標(biāo)與一個(gè)基站或者多個(gè)基站接近程度的信息，表示目標(biāo)與基站之間的連通關(guān)系，提供目標(biāo)大致的所在范圍。位置信息分類第一百零三頁，共202頁。根據(jù)不同的依據(jù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位方法可以進(jìn)行如下分類：(1)根據(jù)是否依靠測(cè)量距離，分為基于測(cè)距的定位和不需要測(cè)距的定位；

(2)根據(jù)部署的場(chǎng)合不同，分為室內(nèi)定位和室外定位；

(3)根據(jù)信息收集的方式，網(wǎng)絡(luò)收集傳感器數(shù)據(jù)稱為被動(dòng)定位，節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)出信息，用于定位稱為主動(dòng)定位。定位方法分類第一百零四頁，共202頁。定位機(jī)制的重要性定位機(jī)制是WSN的基本機(jī)制沒有位置信息的檢測(cè)消息是沒有意義的；應(yīng)用：戰(zhàn)場(chǎng)偵查、目標(biāo)跟蹤、入侵檢測(cè)、災(zāi)難預(yù)報(bào)等節(jié)點(diǎn)定位是基本的定位機(jī)制隨機(jī)部署的網(wǎng)絡(luò)，需要確定節(jié)點(diǎn)位置；只有節(jié)點(diǎn)定位以后，才能確定節(jié)點(diǎn)檢測(cè)事件的位置；定位的其他用途報(bào)告事件發(fā)生的地點(diǎn)目標(biāo)跟蹤和定位協(xié)助路由/協(xié)作網(wǎng)絡(luò)管理第一百零五頁，共202頁。WSN定位的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ш剑毫私庖苿?dòng)物體在坐標(biāo)系中的位置，指導(dǎo)移動(dòng)物體成功到達(dá)目的地的工作跟蹤：系統(tǒng)實(shí)時(shí)地了解物體所處位置和移動(dòng)的軌跡虛擬現(xiàn)實(shí)：定位物體的位置和方向網(wǎng)絡(luò)路由：優(yōu)化的路由可以提高系統(tǒng)性能、安全性，節(jié)省寶貴的電能基于位置的服務(wù)（LBS,LocationBasedService）：新的增值服務(wù)第一百零六頁，共202頁。WSN定位的技術(shù)指標(biāo)(1)

最重要的指標(biāo)，指定位系統(tǒng)提供的位置信息的精確程度。絕對(duì)精度指以長度為單位度量的精度。相對(duì)精度，通常以節(jié)點(diǎn)之間距離的百分比來定義。覆蓋范圍是另一個(gè)重要指標(biāo)，它和精度是一對(duì)矛盾。精度覆蓋范圍超聲波分米級(jí)十多米Wi-Fi和藍(lán)牙3米100米GSM系統(tǒng)100米公里級(jí)第一百零七頁，共202頁。WSN定位的技術(shù)指標(biāo)(2)刷新速度是提供位置信息的頻率。比如GPS每秒鐘刷新1次WSN相關(guān)的指標(biāo)功耗，WSN是功耗受限制的帶寬，協(xié)議棧開銷+數(shù)據(jù)的有效載荷節(jié)點(diǎn)密度，節(jié)點(diǎn)密度要求越高，單次定位的通信開銷越大，消耗的電能越多。第一百零八頁，共202頁。WSN定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)兩個(gè)主要因素：定位機(jī)制的物理特性相應(yīng)的算法其他設(shè)計(jì)要求：節(jié)點(diǎn)密度擴(kuò)展性魯棒性的要求第一百零九頁，共202頁?，F(xiàn)有的定位系統(tǒng)GPS：精度高、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)；無遮擋的室外環(huán)境、固定的基礎(chǔ)設(shè)施、成本比較高機(jī)器人：節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、自組織性；攜帶充足的能量供應(yīng)和精確地測(cè)距設(shè)備、節(jié)點(diǎn)數(shù)量少第一百一十頁，共202頁。定位算法的特點(diǎn)自組織性：節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布，不能依靠全局的基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)助定位健壯性：節(jié)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)有誤差，算法需具有良好的容錯(cuò)性。能量高效：算法計(jì)算復(fù)雜度要小，減少通信開銷，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。分布計(jì)算：節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身的位置，不能將信息集中到某個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。第一百一十一頁，共202頁。三邊測(cè)量算法已知A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及它們到節(jié)點(diǎn)D的距離，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)為；第一百一十二頁，共202頁。三角測(cè)量算法已知A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)D相對(duì)于節(jié)點(diǎn)A、B、C的角度，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)；轉(zhuǎn)換為三邊測(cè)量法；第一百一十三頁，共202頁。極大似然估計(jì)法知1、2、3等n個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，及它們到節(jié)點(diǎn)D到距離，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)；最小均方差估計(jì)算法；第一百一十四頁，共202頁。定位算法的分類(1)根據(jù)定位過程中是否測(cè)量實(shí)際節(jié)點(diǎn)間的距離，把定位算法分為：基于距離的（range-based）定位利用測(cè)量節(jié)點(diǎn)間實(shí)際距離或方位計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置；距離無關(guān)的（range-free）定位利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置；第一百一十五頁，共202頁。定位算法的分類(2)根據(jù)定位過程中節(jié)點(diǎn)定位先后次序的不同，把定位算法分為：遞增式的（Incremental）定位信標(biāo)節(jié)點(diǎn)附近的節(jié)點(diǎn)首先開始定位，依次向外延伸，各節(jié)點(diǎn)逐次進(jìn)行定位；累計(jì)和傳播測(cè)量誤差并發(fā)式的（Concurrent）定位所有的節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行位置計(jì)算；第一百一十六頁，共202頁。定位算法的分類(3)根據(jù)根據(jù)定位過程中是否使用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息，把定位算法分為：基于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)（beacon-based）定位以信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為定位中的參考點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)定位后產(chǎn)生整體絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)；無信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的(beacon-free)定位各節(jié)點(diǎn)先以自身作為參考點(diǎn)，將鄰近節(jié)點(diǎn)納入自己定義的坐標(biāo)系中，相鄰的坐標(biāo)系統(tǒng)依次轉(zhuǎn)換合并，最后產(chǎn)生整體相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)；第一百一十七頁，共202頁。基本術(shù)語(1)錨點(diǎn)：指通過其它方式預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)，有時(shí)也稱作信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的其余節(jié)點(diǎn)稱為非錨點(diǎn)。

(2)測(cè)距：指兩個(gè)相互通信的節(jié)點(diǎn)通過測(cè)量方式來估計(jì)出彼此之間的距離或角度。

(3)連接度：包括節(jié)點(diǎn)連接度和網(wǎng)絡(luò)連接度兩種含義。節(jié)點(diǎn)連接度是指節(jié)點(diǎn)可探測(cè)發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)連接度是所有節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)目的平均值，它反映了傳感器配置的密集程度。

(4)鄰居節(jié)點(diǎn)：傳感器節(jié)點(diǎn)通信半徑范圍以內(nèi)的所有其它節(jié)點(diǎn)，稱為該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。第一百一十八頁，共202頁。(5)跳數(shù)：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間間隔的跳段總數(shù)，稱為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)。

(6)基礎(chǔ)設(shè)施：協(xié)助傳感器節(jié)點(diǎn)定位的已知自身位置的固定設(shè)備，如衛(wèi)星、基站等。

(7)到達(dá)時(shí)間：信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間，稱為信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。

(8)到達(dá)時(shí)間差(TDoA)：兩種不同傳播速度的信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間之差，稱為信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差。(9)接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)：節(jié)點(diǎn)接收到無線信號(hào)的強(qiáng)度大小，稱為接收信號(hào)的強(qiáng)度指示。基本術(shù)語第一百一十九頁，共202頁。(10)到達(dá)角度(AngleofArrival,AoA)：節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對(duì)于自身軸線的角度，稱為信號(hào)相對(duì)接收節(jié)點(diǎn)的到達(dá)角度。(11)視線關(guān)系(LineofSight,LoS)：如果傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒有障礙物，能夠?qū)崿F(xiàn)直接通信，則這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在視線關(guān)系。(12)非視線關(guān)系：傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在障礙物，影響了它們直接的無線通信?；拘g(shù)語第一百二十頁，共202頁。衡量定位性能有多個(gè)指標(biāo)，除了一般性的位置精度指標(biāo)以外，對(duì)于資源受到限制的傳感器網(wǎng)絡(luò)，還有覆蓋范圍、刷新速度和功耗等其它指標(biāo)。位置精度是定位系統(tǒng)最重要的指標(biāo)，精度越高，則技術(shù)要求越嚴(yán)，成本也越高。定位精度指提供的位置信息的精確程度，它分為相對(duì)精度和絕對(duì)精度。絕對(duì)精度指以長度為單位度量的精度。相對(duì)精度通常以節(jié)點(diǎn)之間距離的百分比來定義。定位性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)第一百二十一頁，共202頁。定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在設(shè)計(jì)定位系統(tǒng)的時(shí)候，要根據(jù)預(yù)定的性能指標(biāo)，在眾多方案之中選擇能夠滿足要求的最優(yōu)算法，采取最適宜的技術(shù)手段來完成定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。通常設(shè)計(jì)一個(gè)定位系統(tǒng)需要考慮兩個(gè)主要因素，即定位機(jī)制的物理特性和定位算法。第一百二十二頁，共202頁?；跍y(cè)距的定位技術(shù)基于測(cè)距的定位技術(shù)是通過測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的距離，根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置。解析幾何里有多種方法可以確定一個(gè)點(diǎn)的位置。比較常用的方法是多邊定位和角度定位。第一百二十三頁，共202頁。測(cè)距方法(1)接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)RSSI測(cè)距的原理如下：接收機(jī)通過測(cè)量射頻信號(hào)的能量來確定與發(fā)送機(jī)的距離。將無線信號(hào)的發(fā)射功率和接收功率之間的關(guān)系表述為下式所示，其中PR是無線信號(hào)的接收功率，PT是無線信號(hào)的發(fā)射功率，r是收發(fā)單元之間的距離，n傳播因子，傳播因子的數(shù)值大小取決于無線信號(hào)傳播的環(huán)境。第一百二十四頁，共202頁?；诰嚯x的定位機(jī)制基本思想（range-based）通過測(cè)量節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位進(jìn)行定位。三個(gè)階段測(cè)距階段：未知節(jié)點(diǎn)首先測(cè)量到鄰居節(jié)點(diǎn)的距離或角度，然后進(jìn)一步計(jì)算到鄰近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離或方位；定位階段：未知節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出到達(dá)三個(gè)或三個(gè)以上信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離或角度后，利用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法或極大似然估計(jì)法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；修正階段：對(duì)求得的節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行求精，提高定位精度，減少誤差；第一百二十五頁，共202頁?；跍y(cè)距（range-based）的定位技術(shù)

三邊定位和多邊定位信號(hào)強(qiáng)度（RSS）信號(hào)傳播時(shí)間/時(shí)間差（TOA/TDOA/RTOF）接收信號(hào)相位（PDOA）近場(chǎng)電磁測(cè)距（NFER）接收信號(hào)角度定位第一百二十六頁，共202頁。三邊定位和多邊定位

信號(hào)強(qiáng)度（RSS）通過信號(hào)在傳播中的衰減來估計(jì)節(jié)點(diǎn)之間的距離根據(jù)信道模型求解距離：信道的時(shí)變特性：信道由于受到多徑衰減（Multi-pathFading）非視距阻擋（Non-of-SightBlockage）的影響第一百二十七頁，共202頁。三邊定位和多邊定位

多邊定位Multilateration多次測(cè)量方程的個(gè)數(shù)大于變量的個(gè)數(shù)估計(jì)方法：最小二乘（LS，LeastSquare）極大似然（MLE,MaximumLikelihoodEstimation）最小均方差（MMSE,MinimumMeanSquareError）第一百二十八頁，共202頁。三邊定位和多邊定位

三邊定位Trilateration（多邊定位特例）多次測(cè)量方程的個(gè)數(shù)等于變量的個(gè)數(shù)需要考慮無解的情況，求最優(yōu)近似解第一百二十九頁，共202頁。信號(hào)傳播時(shí)間/時(shí)間差信號(hào)傳播時(shí)間/時(shí)間差（TOA/TDOA/RTOF）TOATDOARTOF第一百三十頁，共202頁。這類方法通過測(cè)量傳輸時(shí)間來估算兩節(jié)點(diǎn)之間距離，精度較好。ToA機(jī)制是已知信號(hào)的傳播速度，根據(jù)信號(hào)的傳播時(shí)間來計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的距離。信號(hào)傳播時(shí)間/時(shí)間差（TOA/TDOA/RTOF）信號(hào)傳播時(shí)間/時(shí)間差第一百三十一頁，共202頁?；赥OA定位機(jī)制（1）基本思想已知信號(hào)的傳播速度，根據(jù)信號(hào)的傳播時(shí)間來計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的距離，然后利用三邊或極大似然估計(jì)法等計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置；評(píng)價(jià)精度高；要求節(jié)點(diǎn)間精確的時(shí)間同步；對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗較高的要求；第一百三十二頁，共202頁?；赥OA定位機(jī)制（2）思想：偽噪聲序列信號(hào)作為聲波信號(hào)；組成：揚(yáng)聲器模塊、麥克風(fēng)模塊、無線電模塊和CPU模塊；過程：發(fā)送節(jié)點(diǎn)的揚(yáng)聲器模塊在發(fā)送偽噪聲序列信號(hào)的同時(shí)，無線電模塊通過無線電同步消息通知接收節(jié)點(diǎn)偽噪聲序列信號(hào)發(fā)送的時(shí)間，接收節(jié)點(diǎn)的麥克風(fēng)模塊在檢測(cè)到偽噪聲序列信號(hào)后，根據(jù)傳播時(shí)間和速度計(jì)算發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離；利用三邊測(cè)量算法或極大似然估計(jì)算法計(jì)算出自身位置；第一百三十三頁，共202頁。基于TDOA的定位原理發(fā)射節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號(hào)，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)兩種信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差以及已知這兩種信號(hào)的傳播速度，計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離，再通過已有基本的定位算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置；第一百三十四頁，共202頁。該方法通過配備特殊天線來估測(cè)其它節(jié)點(diǎn)發(fā)射的無線信號(hào)的到達(dá)角度。AoA測(cè)距技術(shù)易受外界環(huán)境影響，且需要額外硬件，它的硬件尺寸和功耗指標(biāo)不適用于大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)，在某些應(yīng)用領(lǐng)域可以發(fā)揮作用。基于AOA的定位第一百三十五頁，共202頁?；贏OA的定位過程第一步：相鄰節(jié)點(diǎn)之間方位角的測(cè)定節(jié)點(diǎn)A的兩個(gè)接收機(jī)R1、R2間距離是L，接收機(jī)連線中點(diǎn)的位置代表節(jié)點(diǎn)A位置；將兩個(gè)接收機(jī)連線的中垂線作為節(jié)點(diǎn)A的軸線，作為確定鄰居節(jié)點(diǎn)方位角度基準(zhǔn)線；第一百三十六頁，共202頁?；贏OA的定位過程第二步：相對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的方位角測(cè)量目標(biāo)：計(jì)算與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)不相鄰的未知節(jié)點(diǎn)與各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的方位；L節(jié)點(diǎn)是信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，A、B、C節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)；⊿ABC、⊿LBC的內(nèi)部角度已經(jīng)計(jì)算，從而能夠計(jì)算出四邊形ACLB的角度信息，進(jìn)而計(jì)算出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)L相對(duì)于節(jié)點(diǎn)A的方位；第一百三十七頁，共202頁?；贏OA的定位過程第三步：利用方位信息計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置從n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)中任選三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)A、B、C；利用三角測(cè)量算法或極大似然估計(jì)算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)D坐標(biāo)；評(píng)價(jià)不僅能確定節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，還能提供節(jié)點(diǎn)的方位信息；測(cè)距技術(shù)易受外界環(huán)境影響，且需要額外硬件，不適用于大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)第一百三十八頁，共202頁。無需測(cè)距的定位技術(shù)無需測(cè)距的定位技術(shù)不需要直接測(cè)量距離和角度信息。1、質(zhì)心算法在計(jì)算幾何學(xué)里多邊形的幾何中心稱為質(zhì)心，多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)的平均值就是質(zhì)心節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。假設(shè)多邊形定點(diǎn)位置的坐標(biāo)向量表示為pi=(xi，yi)T，則這個(gè)多邊形的質(zhì)心坐標(biāo)為：第一百三十九頁，共202頁。2、DV-Hop算法DV-Hop算法解決了低錨點(diǎn)密度引發(fā)的問題，它根據(jù)距離矢量路由協(xié)議的原理在全網(wǎng)范圍內(nèi)廣播跳數(shù)和位置。

無需測(cè)距的定位技術(shù)第一百四十頁，共202頁。距離向量-跳段定位算法DistanceVector－Hop，類似于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的距離向量路由機(jī)制基本思想首先：計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)；然后：估算平均每跳的距離，利用最小跳數(shù)乘以平均每跳距離，得到未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的估計(jì)距離，最后：利用三邊測(cè)量法或極大似然估計(jì)法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)第一百四十一頁，共202頁。DV-Hop算法的定位過程計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)與每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自身位置信息的分組，其中包括跳數(shù)字段，初始化為0；接收節(jié)點(diǎn)記錄具有到每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，忽略來自同一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的較大跳數(shù)的分組。然后將跳數(shù)值加1，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)能夠記錄下到每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)最小跳數(shù)第一百四十二頁，共202頁。DV-Hop算法的定位過程計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際跳段距離每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)記錄的其它信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息和相距跳數(shù)，估算平均每跳的實(shí)際距離；然后，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將計(jì)算的每跳平均距離用帶有生存期字段的分組廣播至網(wǎng)絡(luò)中，未知節(jié)點(diǎn)僅記錄接收到的第一個(gè)每跳平均距離，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)；未知節(jié)點(diǎn)接收到平均每跳距離后，根據(jù)記錄的跳數(shù)，計(jì)算到每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳段距離；第一百四十三頁，共202頁。DV-Hop算法的定位過程利用三邊測(cè)量法或極大似然估計(jì)法計(jì)算自身位置未知節(jié)點(diǎn)利用第二階段中記錄的到各個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳段距離，利用三邊測(cè)量法或極大似然估計(jì)法計(jì)算自身坐標(biāo)第一百四十四頁，共202頁。例子已知錨點(diǎn)L1與L2、L3之間的距離和跳數(shù)。L2計(jì)算得到校正值（即平均每跳距離）為（40+75）/（2+5）=16.42m。假設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的待定位節(jié)點(diǎn)A從L2獲得校正值，則它與3個(gè)錨點(diǎn)之間的距離分別是L1=3×16.42，L2=2×16.42，L3=3×16.42，然后使用多邊測(cè)量法確定節(jié)點(diǎn)的位置。DV-Hop算法的定位過程第一百四十五頁，共202頁。定位系統(tǒng)的典型應(yīng)用位置信息有很多用途，在某些應(yīng)用中可以起到關(guān)鍵性的作用。定位技術(shù)的用途大體可分為導(dǎo)航、跟蹤、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)路由等。導(dǎo)航是定位最基本的應(yīng)用，在軍事上具有重要用途。除了導(dǎo)航以外，定位技術(shù)還有很多應(yīng)用。例如，辦公場(chǎng)所的物品、人員跟蹤需要室內(nèi)的精度定位。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)中需要實(shí)時(shí)定位物體的位置和方向。第一百四十六頁，共202頁。4.典型定位系統(tǒng)全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)全球?qū)Ш较到y(tǒng)地區(qū)導(dǎo)航系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式定位的系統(tǒng)使用TOA/TDOA方式定位的系統(tǒng)混合定位系統(tǒng)無需測(cè)距的定位系統(tǒng)第一百四十七頁，共202頁。4.典型定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)

全球?qū)Ш较到y(tǒng)：全球范圍GPS GPS（GlobalPositioningSystem）二十世紀(jì)70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。起初為了軍事目的。Galileo系統(tǒng) 伽利略系統(tǒng)（GALILEOsatelliteradionavigationsystem）是歐洲自主的、獨(dú)立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度、高可靠性的定位服務(wù)，同時(shí)它實(shí)現(xiàn)完全非軍方控制、管理。第一百四十八頁，共202頁。4.典型定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)

全球?qū)Ш较到y(tǒng)：全球范圍GPSGPS使用24顆人造衛(wèi)星在離地面約2萬公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行。在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，通過4顆衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離。GPS精度達(dá)到5m，專用車載GPS導(dǎo)航儀已經(jīng)廣泛使用于車輛導(dǎo)航等應(yīng)用領(lǐng)域。第一百四十九頁，共202頁。4.典型定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)

全球?qū)Ш较到y(tǒng)：全球范圍Galileo系統(tǒng)伽利略系統(tǒng)是中高度圓軌道（MEO）方案，該系統(tǒng)將由30顆中高度圓軌道衛(wèi)星和2個(gè)地面控制中心組成，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補(bǔ)。衛(wèi)星高度為24126公里，位于3個(gè)傾角為56度的軌道平面內(nèi)。伽利略系統(tǒng)可以分發(fā)實(shí)時(shí)的米級(jí)定位精度信息，這是現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所沒有的。同時(shí)伽利略系統(tǒng)能夠保證在許多特殊情況下提供服務(wù)第一百五十頁，共202頁。4.典型定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)

地區(qū)導(dǎo)航系統(tǒng)：區(qū)域范圍LORAN系統(tǒng) LORAN（LOngRAngeNavigation）是一種地區(qū)導(dǎo)航系統(tǒng)。基站以一定的時(shí)間間隔發(fā)送低頻無線信號(hào)，船只、飛機(jī)等接收到多個(gè)信號(hào)基站的信號(hào)后，可以計(jì)算出自身所處的位置。LORAN系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷LORAN-A、LORAN-C、LORAN-D和LORAN-F，最為重要的是LORAN-C系統(tǒng)。LORAN-C是測(cè)量脈沖和測(cè)量相位相結(jié)合的雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)，工作頻段90~110kHz，1957年開始建設(shè)，直到現(xiàn)在已經(jīng)建成大量電臺(tái)鏈，覆蓋了北半球大部分地區(qū)。北斗 北斗雙星定位系統(tǒng)是我國自行建立起來的一種區(qū)域性定位系統(tǒng)（RDSS）。2003年5月25日，我國成功發(fā)射了第三顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星，作為“北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)”的備份星，連同2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空的兩顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星和一個(gè)地面中心站，形成了一個(gè)較為完善的“雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”。“雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”應(yīng)歸于“衛(wèi)星無線電定位服務(wù)”第一百五十一頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式定位的系統(tǒng)RADAR（1998）Microsoft的RADAR定位系統(tǒng)利用“指紋識(shí)別”技術(shù)進(jìn)行定位，解決WLAN中定位移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的問題。SpotON（1999）第一百五十二頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式定位的系統(tǒng)RADAR（1998）通過對(duì)特定環(huán)境下的RF信號(hào)衰落特征值進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)處理處理分成2個(gè)階段：離線階段（office-linephase）和實(shí)時(shí)階段（real-timephase）。離線階段記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置所對(duì)應(yīng)3個(gè)基站的信號(hào)信息，生成以位置為變量的信號(hào)信息函數(shù)。實(shí)時(shí)階段在采集3個(gè)基站的信號(hào)信息，根據(jù)信號(hào)信息函數(shù)求解位置。第一百五十三頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式定位的系統(tǒng)SpotON（1999）SpotOn標(biāo)簽的硬件由DragonballEZ處理器、在916.5MHz的TR1000射頻收發(fā)器和10-bitA/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。該系統(tǒng)基于射頻接收信號(hào)強(qiáng)度（RSS）分析的三維位置感知方法，實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)的定位。第一百五十四頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用TOA/TDOA方式定位的系統(tǒng)BatSystem（1999）Cricket（2000）第一百五十五頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用TOA/TDOA方式定位的系統(tǒng)BatSystem（1999）Cricket（2000）室內(nèi)定位系統(tǒng)Badge系統(tǒng)是ActiveBadge的后繼發(fā)展，是一種基于測(cè)距（range-based）的定位技術(shù)。如圖7?19，該系統(tǒng)使用超聲波信號(hào)的TOA實(shí)現(xiàn)三維空間定位，使用多邊定位方法提高精度。Bat系統(tǒng)的定位精度最高達(dá)到3cm。

MIT提出了一種融合TDOA和信號(hào)到達(dá)相位差的硬件解決方案——CricketCompass，其原型系統(tǒng)可在40角內(nèi)以5的誤差確定接收信號(hào)方向。Cricket系統(tǒng)是麻省理工學(xué)院的Oxygen項(xiàng)目的一部分，用來確定移動(dòng)或靜止節(jié)點(diǎn)在大樓內(nèi)的具體所在房間位置。該定位系統(tǒng)利用射頻信號(hào)與超聲波信號(hào)到達(dá)時(shí)間間隔和各自的傳播速度，計(jì)算出未知位置節(jié)點(diǎn)到已知位置節(jié)點(diǎn)的距離。第一百五十六頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)混合定位系統(tǒng)CalamariAHLoS（AdHocLocalizationSystem）（2001）兩個(gè)系統(tǒng)本質(zhì)上都是cell-based方式定位的系統(tǒng)第一百五十七頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)混合定位系統(tǒng)CalamariCalamar采用超聲波傳播時(shí)間（TOA）和接收電信號(hào)強(qiáng)度（RSS）方式定位。使用超聲波的測(cè)距，將49個(gè)節(jié)點(diǎn)部署在144平方米的范圍。定位中等誤差0.53m。使用RSS，系統(tǒng)分別在半個(gè)足球場(chǎng)，定位中等誤差4.1m。

第一百五十八頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)混合定位系統(tǒng)AHLoS（AdHocLocalizationSystem）（2001）AHLoS使用RSS進(jìn)行接近情況探測(cè)，同時(shí)使用RF和超聲波的收發(fā)時(shí)間進(jìn)行TDOA測(cè)量。AHLoS系統(tǒng)中使用3種多邊定位算法：原子式（atommultilateration）、協(xié)作式（collaborativemultilateration）和迭代式（iterativemultilateration）。原子式多邊定位就是普通的最大似然估計(jì)定位。第一百五十九頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)無需測(cè)距的定位系統(tǒng)ActiveBadge（1992） 每一個(gè)目標(biāo)上安裝一個(gè)badge。每個(gè)badge周期地每15秒鐘，紅外線發(fā)送大約持續(xù)0.1秒的唯一ID號(hào)。已知位置的參考節(jié)點(diǎn)收到這些信號(hào)，傳送到網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)知道當(dāng)前某個(gè)badge在哪一個(gè)cell附近。ActiveBadge系統(tǒng)的缺點(diǎn)是部署大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)困難，同時(shí)，紅外線容易受到光線的干擾，尤其是在戶外。因此，ActiveBadge是一個(gè)室內(nèi)的基于蜂窩單元（cell-based）的定位系統(tǒng)。第一百六十頁，共202頁。典型定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)無需測(cè)距的定位系統(tǒng)UCBerkeley（2006）使用Trio傳感器節(jié)點(diǎn)多傳感器融合算法，使用空間相關(guān)性，融合后的二進(jìn)制測(cè)量值提供更加精細(xì)的位置信息。融合后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的馬爾可夫-蒙特卡羅算法（MarkovchainMonteCarloDataAssociation-MCMCDA）跟蹤未知個(gè)數(shù)的目標(biāo)。

第一百六十一頁，共202頁。數(shù)據(jù)融合我們將各種傳感器直接給出的信息稱作源信息，如果傳感器給出的信息是已經(jīng)數(shù)字化的信息，就稱作源數(shù)據(jù)，如果給出的是圖像就是源圖像。源信息是信息系統(tǒng)處理的對(duì)象。源信息、傳感器與環(huán)境之間的關(guān)系：第一百六十二頁，共202頁。消除噪聲與干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤和測(cè)量等一系列問題的處理方法，就是多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，有時(shí)也稱作多傳感器信息融合(InformationFusion,IF)技術(shù)或多傳感器融合(SensorFusion,SF)技術(shù)，它是對(duì)多傳感器信息進(jìn)行處理的最關(guān)鍵技術(shù)，在軍事和非軍事領(lǐng)域的應(yīng)用都非常廣泛。數(shù)據(jù)融合也被人們稱作信息融合，是一種多源信息處理技術(shù)，它通過對(duì)來自同一目標(biāo)的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化合成，獲得比單一信息源更精確、完整的估計(jì)或判決。多傳感器融合第一百六十三頁，共202頁。從軍事應(yīng)用的角度來看，Waltz等人對(duì)數(shù)據(jù)融合的定義較為確切，即：“多傳感器數(shù)據(jù)融合是一種多層次、多方面的處理過程，這個(gè)過程是對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)（detection）、互聯(lián)（association）、相關(guān)（correlation）、估計(jì)（estimation）和組合（combination），以更高的精度、較高的置信度得到目標(biāo)的狀態(tài)估計(jì)和身份識(shí)別，以及完整的態(tài)勢(shì)估計(jì)和威脅評(píng)估，為指揮員提供有用的決策信息”。這個(gè)定義包含三個(gè)要點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)融合是多信源、多層次的處理過程，每個(gè)層次代表信息的不同抽象程度；（2）數(shù)據(jù)融合過程包括數(shù)據(jù)的檢測(cè)、關(guān)聯(lián)、估計(jì)與合并；（3）數(shù)據(jù)融合的輸出包括低層次上的狀態(tài)身份估計(jì)和高層次上的總戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)的評(píng)估。數(shù)據(jù)融合的定義第一百六十四頁，共202頁。數(shù)據(jù)融合的內(nèi)容主要包括：多傳感器的目標(biāo)探測(cè)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識(shí)別、情況評(píng)估和預(yù)測(cè)。數(shù)據(jù)融合的基本目的是通過融合得到比單獨(dú)的各個(gè)輸入數(shù)據(jù)更多的信息。這一點(diǎn)是協(xié)同作用的結(jié)果，即由于多傳感器的共同作用，使系統(tǒng)的有效性得以增強(qiáng)。數(shù)據(jù)融合的內(nèi)容第一百六十五頁，共202頁。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)融合起著十分重要的作用，它的主要作用在于：(1)節(jié)省整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量；(2)增強(qiáng)所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；(3)提高收集數(shù)據(jù)的效率。傳感器數(shù)據(jù)融合的作用第一百六十六頁，共202頁。傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行分類，這里介紹三種分類方法：(1)依據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量進(jìn)行分類；(2)依據(jù)數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用層數(shù)據(jù)語義的關(guān)系進(jìn)行分類；(3)依據(jù)融合操作的級(jí)別進(jìn)行分類。數(shù)據(jù)融合技術(shù)第一百六十七頁，共202頁。根據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量分類根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合操作前后的信息含量，可以將數(shù)據(jù)融合分為無損失融合和有損失融合兩類。（1）無損失融合在無損失融合中，所有的細(xì)節(jié)信息均被保留，只去除冗余的部分信息。此類融合的常見做法是去除信息中的冗余部分。（2）有損失融合有損失融合通常會(huì)省略一些細(xì)節(jié)信息或降低數(shù)據(jù)的質(zhì)量，從而減少需要存儲(chǔ)或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以達(dá)到節(jié)省存儲(chǔ)資源或能量資源的目的。在有損失融合中，信息損失的上限是要保留應(yīng)用所必需的全部信息量。第一百六十八頁，共202頁。數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以在傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的多個(gè)層次中實(shí)現(xiàn)，既能在MAC協(xié)議中實(shí)現(xiàn)，也能在路由協(xié)議或應(yīng)用層協(xié)議中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)融合是否基于應(yīng)用數(shù)據(jù)的語義，將數(shù)據(jù)融合技術(shù)分為三類：(1)依賴于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合；(2)獨(dú)立于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合；(3)結(jié)合以上兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)融合。根據(jù)數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用層數(shù)據(jù)語義之問的關(guān)系分類第一百六十九頁，共202頁。根據(jù)融合操作的級(jí)別分類根據(jù)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的操作級(jí)別，可將數(shù)據(jù)融合技術(shù)分為以下三類：（1）數(shù)據(jù)級(jí)融合數(shù)據(jù)級(jí)融合是最底層的融合，操作對(duì)象是傳感器采集得到的數(shù)據(jù)，因而是面向數(shù)據(jù)的融合。（2）特征級(jí)融合特征級(jí)融合通過一些特征提取手段將數(shù)據(jù)表示為一系列的特征向量，來反映事物的屬性。（3）決策級(jí)融合決策級(jí)融合根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行較高級(jí)的決策，是最高級(jí)的融合。第一百七十頁，共202頁。數(shù)據(jù)融合的主要方法(1)綜合平均法該方法是把來自多個(gè)傳感器的眾多數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合平均。它適用于同類傳感器檢測(cè)同一個(gè)檢測(cè)目標(biāo)。這是最簡單、最直觀的數(shù)據(jù)融合方法。該方法將一組傳感器提供的冗余信息進(jìn)行加權(quán)平均，結(jié)果作為融合值。如果對(duì)一個(gè)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行了k次檢測(cè)，則綜合平均的結(jié)果為：其中，Wi為分配給第i次檢測(cè)的權(quán)重。第一百七十一頁，共202頁。(2)卡爾曼濾波法卡爾曼濾波法用于融合低層的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)多傳感器冗余數(shù)據(jù)。該方法利用測(cè)量模型的統(tǒng)計(jì)特性，遞推地確定融合數(shù)據(jù)的估計(jì)，且該估計(jì)在統(tǒng)計(jì)意義下是最優(yōu)的。如果系統(tǒng)可以用一個(gè)線性模型描述，且系統(tǒng)與傳感器的誤差均符合高斯白噪聲模型，則卡爾曼濾波將為融合數(shù)據(jù)提供唯一的統(tǒng)計(jì)意義下的最優(yōu)估計(jì)。例如，應(yīng)用卡爾曼濾波器對(duì)n個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后，既可以獲得系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)估計(jì)，又可以預(yù)報(bào)系統(tǒng)的未來狀態(tài)。所估計(jì)的系統(tǒng)狀態(tài)可能表示移動(dòng)機(jī)器人的當(dāng)前位置、目標(biāo)的位置和速度、從傳感器數(shù)據(jù)中抽取的特征或?qū)嶋H測(cè)量值本身。數(shù)據(jù)融合的主要方法第一百七十二頁，共202頁。(3)貝葉斯估計(jì)法貝葉斯估計(jì)是融合靜態(tài)環(huán)境中多傳感器低層信息的常用方法。它使傳感器信息依據(jù)概率原則進(jìn)行組合，測(cè)量不確定性以條件概率表示。當(dāng)傳感器組的觀測(cè)坐標(biāo)一致時(shí)，可以用直接法對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。在大多數(shù)情況下，傳感器是從不同的坐標(biāo)系對(duì)同一環(huán)境物體進(jìn)行描述，這時(shí)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)要以間接方式采用貝葉斯估計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。多貝葉斯估計(jì)把每個(gè)傳感器作為一個(gè)貝葉斯估計(jì)，將各單獨(dú)物體的關(guān)聯(lián)概率分布組合成一個(gè)聯(lián)合后驗(yàn)概率分布函數(shù)，通過使聯(lián)合分布函數(shù)的似然函數(shù)最小，可以得到多傳感器信息的最終融合值。數(shù)據(jù)融合的主要方法第一百七十三頁，共202頁。(4)D-S證據(jù)推理法D-S（D