无线传感器网络支撑技术第六章.ppt
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1、无线传感器网络的支撑技术无线传感器网络的支撑技术主要内容n时间同步机制n定位技术n数据融合n能量管理n安全机制 虽然传感器网络用户的使用目的千变万化,但是作为虽然传感器网络用户的使用目的千变万化,但是作为网络终端节点的功能归根结底就是网络终端节点的功能归根结底就是传感传感、探测探测、感知感知,用,用来收集应用相关的数据信号。为了实现用户的功能,要实来收集应用相关的数据信号。为了实现用户的功能,要实现保证网络用户功能的正常运行所需的其它基础性技术。现保证网络用户功能的正常运行所需的其它基础性技术。这些应用层的基础性技术是支撑传感器网络完成任务这些应用层的基础性技术是支撑传感器网络完成任务的关键,
2、包括的关键,包括时间同步机制时间同步机制、定位技术定位技术、数据融合数据融合、能量能量管理和安全机制管理和安全机制等。等。时间同步机制时间同步机制1 1、传感器网络时间同步的意义、传感器网络时间同步的意义 无线传感器网络的同步管理主要是指时间上的同步管理。无线传感器网络的同步管理主要是指时间上的同步管理。在分布式的无线传感器网络应用中,每个传感器节点都有在分布式的无线传感器网络应用中,每个传感器节点都有自己的本地时钟。自己的本地时钟。网络节点之间存在运行时间偏差网络节点之间存在运行时间偏差。有时传感器网络的单个节点的能力有限,或者某些应用的有时传感器网络的单个节点的能力有限,或者某些应用的需要
3、,使得整个系统所要实现的功能要求网络内所有节点相互需要,使得整个系统所要实现的功能要求网络内所有节点相互配合来共同完成,分布式系统的协同工作需要节点间的时间同配合来共同完成,分布式系统的协同工作需要节点间的时间同步,因此,时间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机步,因此,时间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。制。在分布式系统中,时间同步涉及在分布式系统中,时间同步涉及“物理时间物理时间”和和“逻辑时间逻辑时间”两个不同的概念。两个不同的概念。“物理时间物理时间”用来表示人类社会使用的绝对时间;用来表示人类社会使用的绝对时间;“逻辑时间逻辑时间”体现了事件发生的顺序关系,是一个相对
4、概体现了事件发生的顺序关系,是一个相对概念。念。分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局全局时间时间。全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。目前已有几种成熟的传感器网络时间同步协议,目前已有几种成熟的传感器网络时间同步协议,其中其中RBSRBS、TINY/MINI-SYNCTINY/MINI-SYNC和和TPSNTPSN被认为是三种被认为是三种最基本的传感器网络时间同步机制。最基本的传感器网络时间同步机制。定位技术定位技术1 1、定位的含义、定位的含义 在传感器网络的很多应用问题中,没有节点位置信息的在传
5、感器网络的很多应用问题中,没有节点位置信息的监测数据往往是没有意义的。无线传感器网络定位问题的含监测数据往往是没有意义的。无线传感器网络定位问题的含义是指自组织的网络通过特定方法提供节点的位置信息。义是指自组织的网络通过特定方法提供节点的位置信息。分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络节点的坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖区域内络节点的坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖区域内一个事件或者一个目标的坐标位置。一个事件或者一个目标的坐标位置。节点自身定位可以通过人工标定或者各种节点自定位算节点自身定位可以通过人工标定或者各种节点
6、自定位算法完成。目标定位是以位置已知的网络节点作为参考,确定法完成。目标定位是以位置已知的网络节点作为参考,确定事件或者目标在网络覆盖范围内所在的位置。事件或者目标在网络覆盖范围内所在的位置。位置信息有多种分类方法。位置信息有位置信息有多种分类方法。位置信息有物理位置物理位置和和符号位置符号位置两大类。两大类。物理位置物理位置指目标在特定坐标系下的位置数值,表指目标在特定坐标系下的位置数值,表示目标的相对或者绝对位置。示目标的相对或者绝对位置。符号位置符号位置指在目标与一个基站或者多个基站接近指在目标与一个基站或者多个基站接近程度的信息,表示目标与基站之间的连通关系,提供程度的信息,表示目标与
7、基站之间的连通关系,提供目标大致的所在范围。目标大致的所在范围。2 2、基本术语、基本术语 (1)(1)锚点锚点:指通过其它方式预先获得位置坐标的节点,有时:指通过其它方式预先获得位置坐标的节点,有时也称作信标节点。网络中相应的其余节点称为非锚点。也称作信标节点。网络中相应的其余节点称为非锚点。(2)(2)测距测距:指两个相互通信的节点通过测量方式来估计出彼:指两个相互通信的节点通过测量方式来估计出彼此之间的距离或角度。此之间的距离或角度。(3)(3)连接度连接度:包括节点连接度和网络连接度两种含义。:包括节点连接度和网络连接度两种含义。节点连接度是指节点可探测发现的邻居节点个数。网络连节点连
8、接度是指节点可探测发现的邻居节点个数。网络连接度是所有节点的邻居数目的平均值,它反映了传感器配置的接度是所有节点的邻居数目的平均值,它反映了传感器配置的密集程度。密集程度。(4)(4)邻居节点邻居节点:传感器节点通信半径范围以内的所有其它节:传感器节点通信半径范围以内的所有其它节点,称为该节点的邻居节点。点,称为该节点的邻居节点。(5)(5)跳数跳数:两个节点之间间隔的跳段总数,称为这两个节点:两个节点之间间隔的跳段总数,称为这两个节点间的跳数。间的跳数。(6)(6)基础设施基础设施:协助传感器节点定位的已知自身位置的固定:协助传感器节点定位的已知自身位置的固定设备,如卫星、基站等。设备,如卫
9、星、基站等。(7)(7)到达时间到达时间:信号从一个节点传播到另一个节点所需要的:信号从一个节点传播到另一个节点所需要的时间,称为信号的到达时间。时间,称为信号的到达时间。(8)(8)视线关系视线关系(Line of Sight,LoS)(Line of Sight,LoS):如果传感器网络的两:如果传感器网络的两个节点之间没有障碍物,能够实现直接通信,则这两个节点间存个节点之间没有障碍物,能够实现直接通信,则这两个节点间存在视线关系。在视线关系。(9)(9)非视线关系:传感器网络的两个节点之间存在障碍物,非视线关系:传感器网络的两个节点之间存在障碍物,影响了它们直接的无线通信。影响了它们直接
10、的无线通信。3 3、定位性能的评价指标、定位性能的评价指标衡量定位性能有多个指标:衡量定位性能有多个指标:位置精度位置精度覆盖范围覆盖范围刷新速度刷新速度功耗功耗等。等。覆盖范围和位置精度是一对矛盾性的指标。覆盖范围和位置精度是一对矛盾性的指标。刷新速度是指提供位置信息的频率。刷新速度是指提供位置信息的频率。数据融合数据融合多传感器数据融合概述多传感器数据融合概述 我们将各种传感器直接给出的信息称作源信息,如我们将各种传感器直接给出的信息称作源信息,如果传感器给出的信息是已经数字化的信息,就称作源数果传感器给出的信息是已经数字化的信息,就称作源数据,如果给出的是图像就是源图像。源信息是信息系统
11、据,如果给出的是图像就是源图像。源信息是信息系统处理的对象。处理的对象。源信息、传感器与环境之间的关系:源信息、传感器与环境之间的关系:消除噪声与干扰,实现对观测目标的连续跟踪和测消除噪声与干扰,实现对观测目标的连续跟踪和测量等一系列问题的处理方法,就是传感器数据融合技术,量等一系列问题的处理方法,就是传感器数据融合技术,它是对传感器信息进行处理的最关键技术,在军事和非它是对传感器信息进行处理的最关键技术,在军事和非军事领域的应用都非常广泛。军事领域的应用都非常广泛。数据融合也被人们称作数据融合也被人们称作信息融合信息融合,是一种多源信息,是一种多源信息处理技术,它通过对来自同一目标的多源数据
12、进行优化处理技术,它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成,获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。合成,获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。“多传感器数据融合是一种多层次、多方面的处理过程,多传感器数据融合是一种多层次、多方面的处理过程,这个过程是对多源数据进行检测(这个过程是对多源数据进行检测(detectiondetection)、互联)、互联(associationassociation)、相关()、相关(correlationcorrelation)、估计)、估计(estimationestimation)和组合()和组合(combinationcombination),以
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