无线传感器网络 第五章

本章主要描述的是无线传感器的覆盖技术、定位技术、WSN时间同步、数据融合的相关知识点的简要梳理

第五章

• 布建技术基本概念
  • 概念
    • WSN节点的位置部署
  • 分类
    • 随机布建技术、机器人布建技术
• 覆盖技术基本概念
  • 分类
    • Hole problem/ K-cover、Area Coverage、Target Coverage、 Barrier Coverage
• 节点定位技术概述
  • 概念
    • 依靠网络中少量的位置已知的节点，通过邻居节点间有限的通信和某种定位机制确定网络中所有未知节点的位置
  • 特点
    • 自组织性、健壮性、节能性、分布式、可扩展性
  • 分类
    • 基于测距的定位技术
      • 原理
        • 利用信标节点的位置，通过测量和估计信标节点与目标节点的距离，我们就能够利用它们之间的关系很容易地算出目标节点的位置
      • 分类
        • 三边定位法
          • 原理
            • 已知A、B、C三个节点的坐标分别为（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3）。测得它们到未知节点D的距离分别为d1、d2、d3。假设节点D的坐标为（x，y）。以A、B、C三点为圆心，d1、d2、d3为半径做圆，三圆的焦点即为节点D的坐标。
          • 分类
            • 接收信号强度定位
              • 式中，P(d)、P(d0)分别表示在距离基站d、d0处的信号强度，P(d)是接收节点实际测得的信号强度RSSI，P(d0)一般可以距天线d0米处的路径衰减来代替。
            • 信号传播时间测距
              • TOA测距测量移动台发射信号的到达时间，并且在发射信号中要包含发射时间标记以便接收基站确定发射信号所传播的距离，该方法要求移动台和基站的时间精确同步
            • 到达时间差测距
              • 在基于到达时间差TDOA的定位机制中，发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及已知这两种信号的传播速度，计算两个节点之闻的距离，再通过已有基本的定位算法计算出节点的位置。
        • 角度定位法
    • 无需测距的定位技术
      • 基于连通性的定位
      • 基于跳数的定位
        • 跳数原理就是对信标节点信息洪泛的过程进行跳数统计，通过统计未知节点与信标节点之间的跳数，然后根据信标节点之间的距离和跳数估算出全网每一跳的平均距离，二者相乘，即可得到两个节点之间的距离。
• WSN时间同步技术概念
  • 各个独立节点通过不断与其他节点交换本地时钟信息，最终达到并且保持全局时间协调一致的过程
• WSN时间同步技术
  • NTP
    • 原理 18讲18-21
    • 特点/适用性
      • 1、体积、计算能力和存储空间存在限制 2、传输方式不同，无线而非有线 3、目标不同：WSN仅需局部最优而非全局最优
  • TPSN
    • 原理 18讲27-32
    • 过程
      • 初始条件
      • 生成层次结构阶段
      • 节点时间同步阶段
    • 优、缺点
      • 优点 1、基于双向报告交换，因此同步精度高 2、对于任意节点其同步误差取决于距离根节点的跳数，与网络节点总数无关，因此TPSN具有较好的扩展性 缺点 1、全网同步的同步耗能高 2、一旦根节点失效，就要重新选择根节点并重新进行同步 3、有新节点加入，需要重新初始化层次发现阶段
• WSN数据融合基本概念
  • 概念
    • 1、数据融合是多信源、多层次的处理过程，每个层次代表信息的不同抽象程度 2、数据融合过程包括数据的检测、关联、估计与合并 3、数据融合的输出包括低层次上的状态身份估计和高层次上的总战术态势的评估
    • 源信息
      • 各种传感器直接给出的信息
    • 源数据
      • 源信息是数字化信息
    • 源图像
      • 源信息是图像信息
  • 融合算法
    • (1)综合平均法 (2)卡尔曼滤波法 (3)贝叶斯估计法 (4)D-S证据推理法 (5)统计决策理论 (6)模糊逻辑法 (7)产生式规则法 (8)神经网络方法
• 数据融合技术分类
  • 未来发展方向
    • 1、网络协作优化的数据融合 2、异类多传感器数据融合 3、基于能量均衡的数据融合 4、数据融合系统 5、安全数据融合 6、数据融合的鲁棒性问题
  • 技术分类
    • 1、数据含量进行分类 2、与应用层数据语义的关系进行分类 3、操作的级别进行分类