[实用参考]无线传感器网络简明教程(第二版).ppt
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
T4 (T3 d )
因此可以推导出右面算式：
节点S在计算时间偏差之后，将它
的时间同步到节点R。
(T2 T1) (T4 T3) 2
d (T2 T1) (T4 T3) 2
4.1.3 时间同步的应用示例
这里介绍一个例子，说明磁阻传 感器网络对机动车辆进行测速，为 了实现这个用途，网络必须先完成 时间同步。由于对机动车辆的测速 需要两个探测传感器节点的协同合 作，测速算法提取车辆经过每个节 点的磁感应信号的脉冲峰值，并记 录时间。
(
x1
x)2
( y1
y)2
d12
( xn
x)2
( yn
y)2
d
2 n
4.2.2 基于测距的定位技术
将第前n-1个等式减去最后等式：
x12
xn2
2(
x1
xn
)
x
y12
yn2
2(
y1
yn
)
y
d12
dn2
x2 n1
4.4 能量管理
4.4.1 能量管理的意义 4.4.2 传感器网络的电源节能方法 4.5 安全机制 4.5.1 传感器网络的安全问题 4.5.2 传感器网络的安全设计问题 4.5.3 传感器网络安全框架协议：SPINS 4.5.4 SPINS 协议的实现问题与系统性能
4.1 时间同步机制
4.2.2 基于测距的定位技术
2、多边定位
假设已知信标锚点A1，A2，A3，A4，…的坐标依次分别为（x1， y1），（x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），…，即各锚点位置为 。 如果待定位节点的坐标为（x, y），并且已知它至各锚点的测距数值
为 ，可得如下图，其中(x，y)为待求的未知坐标。
连接度
邻居节 点
跳数
基础设 施
到达时 间
到达时 间差
到达角 度
接收信 号强度 指示
视线关 系
非视线 关系
4.2.1 传感器网络节点定位问题
3、定位性能的评价指标 功耗
覆盖范围
定位性能
刷新速度
4.2.1 传感器网络节点定位问题
4、定位系统的设计要点
在设计定位系统的时候， 要根据预定的性能指标，在 众多方案之中选择能够满足 要求的最优算法，采取最适 宜的技术手段来完成定位系 统的实现。通常设计一个定位系统需要考虑两个主要 因素，即定位机制的物理特性和定位算法。
xn2
2( xn1
xn )x
y2 n1
yn2
2(
yn1
yn ) y
d2 n1
dn2
用矩阵和向量表达为形式Ax=b，其中：
4.1.2 TPSN时间同步协议
1、TPSN协议的操作过程
第一个阶段生成层次结构
TPSN协议包括两个阶段：
第二个阶段实现所有树节点的时间同步
4.1.2 TPSN时间同步协议
2、相邻级别节点间的同步机制
邻近级别的两个节点对间通过交换两个消息实现时 间同步。
D R
d
d
T2
T3
tR
S 0 T1
T1 SYNC_PKT
无线传感器网络简明教程 （第2版）
崔逊学 左从菊 编著
第4章传感器网络的支撑技术
传感器网络终端节点
传感
感知
探测
应用层的基础性技术是支撑传感器网络完成任务的关键：
时间同步机制 定位技术 数据融合 能量管理 安全机制
本章内容
4.1 时间同步机制
4.1.1 传感器网络的时间同步机制 4.1.2 TPSN 时间同步协议 4.1.3 时间同步的应用示例
如果将两个节点之间的距离d除 以两个峰值之间的时差Δ t，就可以 得出机动目标通过这一路段的速度
(Vel): Vel d t
4.2 定位技术
4.2.1 传感器网络节点定位问题
1、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。
-100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
距 离 （ m）
无线信号接收强度指示与信号传播距离之间的关系
RSSI(dBm)
4.2.2 基于测距的定位技术
(2)到达时间/到达时间差(ToA/TDoA)
To A 测距原理的过程示例
4.2.2 基于测距的定位技术
(3)到达角(AoA)
ToA 测距原理的过程示例
4.2.2 基于测距的定位技术
1、测距方法
(1)接收信号强度指示(RSSI) PR PT / r n
0
-10 -20
10 n lg r 10lg PT / PR
-30
-40 -50
10lg PR A 10 n lg r
-60
-70
-80 -90
PR(dBm) A 10 nlg r
4.2.1 传感器网络节点定位问题
位置信息的分类
位置信息
物理位置
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
符号位置
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，提供目标 大致的所在范围
wk.baidu.com
4.2.1 传感器网络节点定位问题
2、基本术语
锚点 测距
T4
tS
T1, T2, T3 ACK_PKT
4.1.2 TPSN时间同步协议
边节点S在T1时间发送同步请求分 组给节点R，分组中包含S的级别和
T1时间。节点R在T2时间收到分
组，T2 (T1 d，然)后在T3时间发送
应答分组给节点S，分组中包含节点
R的级别和T1、T2和T3信息。 节点S在T4时间收到应答，
4.2 定位技术
4.2.1 传感器网络结点定位问题 4.2.2 基于测距的定位技术 4.2.3 无需测距的定位技术 4.2.4定位系统的典型应用
4.3 数据融合
4.3.1 多传感器数据融合概述
本章内容
4.3.2 传感器网络中数据融合的作用 4.3.3 数据融合技术的分类 4.3.4 数据融合的主要方法 4.3.5 传感器网络应用层的数据融合示例
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
1、传感器网络时间同步的意义
时间同步机制是分布式 系统基础框架的一个关键机 制。
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和“逻 辑时间”两个不同的概念。
“物理时间”用来表示人类社 会使用的绝对时间；
“逻辑时间”体现了事件发生 的顺序关系，是一个相对概念。
因此可以推导出右面算式：
节点S在计算时间偏差之后，将它
的时间同步到节点R。
(T2 T1) (T4 T3) 2
d (T2 T1) (T4 T3) 2
4.1.3 时间同步的应用示例
这里介绍一个例子，说明磁阻传 感器网络对机动车辆进行测速，为 了实现这个用途，网络必须先完成 时间同步。由于对机动车辆的测速 需要两个探测传感器节点的协同合 作，测速算法提取车辆经过每个节 点的磁感应信号的脉冲峰值，并记 录时间。
(
x1
x)2
( y1
y)2
d12
( xn
x)2
( yn
y)2
d
2 n
4.2.2 基于测距的定位技术
将第前n-1个等式减去最后等式：
x12
xn2
2(
x1
xn
)
x
y12
yn2
2(
y1
yn
)
y
d12
dn2
x2 n1
4.4 能量管理
4.4.1 能量管理的意义 4.4.2 传感器网络的电源节能方法 4.5 安全机制 4.5.1 传感器网络的安全问题 4.5.2 传感器网络的安全设计问题 4.5.3 传感器网络安全框架协议：SPINS 4.5.4 SPINS 协议的实现问题与系统性能
4.1 时间同步机制
4.2.2 基于测距的定位技术
2、多边定位
假设已知信标锚点A1，A2，A3，A4，…的坐标依次分别为（x1， y1），（x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），…，即各锚点位置为 。 如果待定位节点的坐标为（x, y），并且已知它至各锚点的测距数值
为 ，可得如下图，其中(x，y)为待求的未知坐标。
连接度
邻居节 点
跳数
基础设 施
到达时 间
到达时 间差
到达角 度
接收信 号强度 指示
视线关 系
非视线 关系
4.2.1 传感器网络节点定位问题
3、定位性能的评价指标 功耗
覆盖范围
定位性能
刷新速度
4.2.1 传感器网络节点定位问题
4、定位系统的设计要点
在设计定位系统的时候， 要根据预定的性能指标，在 众多方案之中选择能够满足 要求的最优算法，采取最适 宜的技术手段来完成定位系 统的实现。通常设计一个定位系统需要考虑两个主要 因素，即定位机制的物理特性和定位算法。
xn2
2( xn1
xn )x
y2 n1
yn2
2(
yn1
yn ) y
d2 n1
dn2
用矩阵和向量表达为形式Ax=b，其中：
4.1.2 TPSN时间同步协议
1、TPSN协议的操作过程
第一个阶段生成层次结构
TPSN协议包括两个阶段：
第二个阶段实现所有树节点的时间同步
4.1.2 TPSN时间同步协议
2、相邻级别节点间的同步机制
邻近级别的两个节点对间通过交换两个消息实现时 间同步。
D R
d
d
T2
T3
tR
S 0 T1
T1 SYNC_PKT
无线传感器网络简明教程 （第2版）
崔逊学 左从菊 编著
第4章传感器网络的支撑技术
传感器网络终端节点
传感
感知
探测
应用层的基础性技术是支撑传感器网络完成任务的关键：
时间同步机制 定位技术 数据融合 能量管理 安全机制
本章内容
4.1 时间同步机制
4.1.1 传感器网络的时间同步机制 4.1.2 TPSN 时间同步协议 4.1.3 时间同步的应用示例
如果将两个节点之间的距离d除 以两个峰值之间的时差Δ t，就可以 得出机动目标通过这一路段的速度
(Vel): Vel d t
4.2 定位技术
4.2.1 传感器网络节点定位问题
1、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。
-100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
距 离 （ m）
无线信号接收强度指示与信号传播距离之间的关系
RSSI(dBm)
4.2.2 基于测距的定位技术
(2)到达时间/到达时间差(ToA/TDoA)
To A 测距原理的过程示例
4.2.2 基于测距的定位技术
(3)到达角(AoA)
ToA 测距原理的过程示例
4.2.2 基于测距的定位技术
1、测距方法
(1)接收信号强度指示(RSSI) PR PT / r n
0
-10 -20
10 n lg r 10lg PT / PR
-30
-40 -50
10lg PR A 10 n lg r
-60
-70
-80 -90
PR(dBm) A 10 nlg r
4.2.1 传感器网络节点定位问题
位置信息的分类
位置信息
物理位置
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
符号位置
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，提供目标 大致的所在范围
wk.baidu.com
4.2.1 传感器网络节点定位问题
2、基本术语
锚点 测距
T4
tS
T1, T2, T3 ACK_PKT
4.1.2 TPSN时间同步协议
边节点S在T1时间发送同步请求分 组给节点R，分组中包含S的级别和
T1时间。节点R在T2时间收到分
组，T2 (T1 d，然)后在T3时间发送
应答分组给节点S，分组中包含节点
R的级别和T1、T2和T3信息。 节点S在T4时间收到应答，
4.2 定位技术
4.2.1 传感器网络结点定位问题 4.2.2 基于测距的定位技术 4.2.3 无需测距的定位技术 4.2.4定位系统的典型应用
4.3 数据融合
4.3.1 多传感器数据融合概述
本章内容
4.3.2 传感器网络中数据融合的作用 4.3.3 数据融合技术的分类 4.3.4 数据融合的主要方法 4.3.5 传感器网络应用层的数据融合示例
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
1、传感器网络时间同步的意义
时间同步机制是分布式 系统基础框架的一个关键机 制。
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和“逻 辑时间”两个不同的概念。
“物理时间”用来表示人类社 会使用的绝对时间；
“逻辑时间”体现了事件发生 的顺序关系，是一个相对概念。