第5章 WSN支撑技术ppt课件.ppt

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1、第5章WSN支撑技术学习目标◆掌握时钟同步◆了解节点定位◆了解数据融合◆了解能量管理◆了解容错技术◆了解QoS保证◆了解安全性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传感、探测、感知，收集应用相关的数据信号。本章所设及到的基础性技术是支撑传感器网络完成任务的关键，包括时间同步机制、定位技术、数据融合、能量管理和安全机制等。第5章WSN的支撑技术5.1时间同步基于硬件振荡器的计算机时钟是所有计算设备的重要组成部分。典型的时钟由一个稳定的石英振荡器和一个计数器组成，这个计数器随着每次

2、石英晶体的振荡递减。对于两个节点的本地时间而言，时钟偏移量表示时钟之间的时间差。同步是指调整一个或者两个时钟，从而使它们的读数匹配。5.1.2时间同步问题1.时间同步的必要性2.时间同步面临的挑战(1)环境影响(2)能量限制(3)无线介质和移动性(4)其他约束5.1.3时间同步基础1.同步消息(1)单向消息交换(2)双向消息交换(3)接收端-接收端同步2.通信延时的不确定性(1)发送延时(2)访问延时(3)传播延时(4)接收延时5.1.4时间同步协议1.基于全球时间源的参考广播2.基于树的轻量级同步3.传感器网络的

3、时间同步协议(1)级别探测阶段(2)同步阶段4.洪泛时间同步协议(1)FTSP的时间戳(2)多跳同步5.参考广播同步6.时间扩散同步协议5.2定位技术5.2.1基本描述1、节点定位的基本概念无线传感器网络定位的含义:是指自组织的网络通过特定方法提供节点的位置信息。自组织网络定位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一个事件或者一个目标的坐标位置。节点自身定位是网络自身属性的确定过程，可以通过人工标定或者各种节点自定位算法完成。目标定位是以位置已知的网络节

4、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。(1)基于测距的定位和距离无关的定位算法(2)基于锚节点定位和无锚节点辅助的定位算法(3)集中式计算定位与分布式计算定位(4)紧密耦合定位与松散耦合定位2.定位算法的分类具体分析各个性能指标。①定位精度②规模③锚节点密度④节点密度⑤覆盖率⑥容错性和自适应性⑦功耗⑧成本3.定位算法的性能分析5.2.2节点位置的计算方法定位计算的基本方法包括：三边测量法、三角测量法、极大似然估计法、最小最大法。1.三边测量法2.三角测量法3.极大似然估计法4.最小最大法基于测距的

5、定位机制(rang-based)通过测量相邻节点间的距离或角度信息，然后再使用三边测量、三角测量或最大似然估计定位计算方法来计算节点位置。其常用的测距技术有RSSI，TOA，TDOA和AOA。测距定位过程分为以下三个阶段。①测距阶段，未知节点测量到邻近锚节点的距离或角度。②定位阶段，计算出未知节点与三个或三个以上锚节点的距离或角度后，然后利用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法计算未知节点的坐标。③校正阶段，对计算得到的节点的坐标进行循环求精，减少误差，提高定位算法的精度。5.2.3基于测距的定位算法1.基于RS

6、SI的定位机制ReceivedSignalStrengthIndicator基于接收信号强度指示的定位2.基于TOA的定位机制TimeofArrival基于到达时间的定位GPS使用TOA3.基于TDOA的定位机制4.基于AOA的定位机制AngleofArrival基于到达角度的定位通过天线阵列或多个接收器结合得到发射信号的方向典型的距离无关的定位算法有质心定位算法、凸规划定位算法、APS定位算法、Amorphous定位算法、APIT算法、SeRLOC算法等。1.质心定位算法5.2.4距离无关的定位算法2.凸规划定位

7、算法3.APS算法(1)DV-Hop定位算法5.2.5典型的定位系统面对典型室内定位系统ActiveBadge、ActiveOffice、Cricket等加以归纳总结。1.ActiveOffice定位系统2.Cricket定位系统5.3数据融合5.3.1数据融合的基本概念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。源信息、传感器与环境之间的关系：5.3.2数据融合技术的分类传感器网络的数据融合技术可以从不同的

8、角度进行分类，这里介绍三种分类方法：(1)依据融合前后数据的信息含量进行分类；(2)依据数据融合与应用层数据语义的关系进行分类；(3)依据融合操作的级别进行分类。1、根据融合前后数据的信息含量分类根据数据进行融合操作前后的信息含量，可以将数据融合分为无损失融合和有损失融合两类。（1）无损失融合在无损失融合中，所有的细节信息均被保留，只去除冗余的部分信息。此类