【正文】 建立標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)目標(biāo)和待識(shí)別檢測(cè)目標(biāo)的模糊子集是此方法的基礎(chǔ)。不同傳感器觀(guān)測(cè)到的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)魯棒綜合測(cè)試，以檢驗(yàn)它的一致性，經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)用魯棒極值決策規(guī)則進(jìn)行融合處理。這種方法是貝葉斯方法的擴(kuò)展，因?yàn)樨惾~斯方法必須給出先驗(yàn)概率，證據(jù)理論則能夠處理這種由不知道引起的不確定性，通常用來(lái)對(duì)目標(biāo)的位置、存在與否進(jìn)行推斷。 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(guò)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。當(dāng)傳感器組的觀(guān)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。 Slide 59 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 (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。 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(lái)狀態(tài)。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。這是最簡(jiǎn)單、最直觀(guān)的數(shù)據(jù)融合方法。 Slide 57 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 數(shù)據(jù)融合的主要方法 (1) 綜合平均法 該方法是把來(lái)自多個(gè)傳感器的眾多數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合平均。 （ 2） 特征級(jí)融合 特征級(jí)融合通過(guò)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(lái)反映事物的屬性。 根據(jù)數(shù)據(jù)融合是否基于應(yīng)用數(shù)據(jù)的語(yǔ)義，將數(shù)據(jù)融合技術(shù)分為三類(lèi)： (1)依賴(lài)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。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。此類(lèi)融合的常見(jiàn)做法是去除信息中的冗余部分。 Slide 54 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 根據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量分類(lèi) 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(wú)損失融合 和 有損失融合 兩類(lèi)。 Slide 52 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 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。 由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源十分有限，在收集信息的過(guò)程中，如果各個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)地直接傳送數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點(diǎn)，則是不合適的，主要原因如下： (1) 浪費(fèi)通信帶寬和能量。 (3) 提高系統(tǒng)的可靠性。 Slide 51 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)融合的作用 數(shù)據(jù)融合的主要作用可歸納為以下幾點(diǎn)： (1) 提高信息的準(zhǔn)確性和全面性。 數(shù)據(jù)融合的基本目的是通過(guò)融合得到比單獨(dú)的各個(gè)輸入數(shù)據(jù)更多的信息。 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(guò)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(guò)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)融合也被人們稱(chēng)作 信息融合 ，是一種多源信息處理技術(shù)，它通過(guò)對(duì)來(lái)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。源信息是信息系統(tǒng)處理的對(duì)象。在單信道條件下，暴露接收終端和暴露接收終端不能解決：所有發(fā)送給暴露接收終端的報(bào)文會(huì)產(chǎn)生沖突，暴露發(fā)送終端也無(wú)法與目的節(jié)點(diǎn)握手。 Slide 45 暴露終端 ? 暴露終端指發(fā)送節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)，而在接收節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍外的節(jié)點(diǎn)。 Slide 44 隱藏終端 2 ? 隱藏終端可分為隱發(fā)送終端和隱接收終端。 隱藏終端 多發(fā)生在大型單元中（一般在室外環(huán)境），這將帶來(lái)效率損失，并且需要錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制。 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。 除了導(dǎo)航以外，定位技術(shù)還有很多應(yīng)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。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 ，L2=2 ， L3=3 ，然后使用多邊測(cè)量法確定節(jié)點(diǎn) 的位置。 已知錨點(diǎn) L1與 L L3之間的距離和跳數(shù)。 ② APIT算法分四步：（ 1）信標(biāo)交換，（ 2）三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試（ PIT, PointInTriangulation testing），（ 3） 交集運(yùn)算計(jì)算三角形的重合區(qū)域，（ 4）重心（ COG, Center of Gravity）計(jì)算求節(jié)點(diǎn)的位置。不定形算法采用下面的公式來(lái)修正每跳距離： Slide 37 無(wú)需測(cè)距的定位技術(shù) APIT算法 ① 近似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試法（ APIT, Approximate PointInTriangulation test）找到若干個(gè)由參考節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的三角形，則節(jié)點(diǎn)必然在這些三角形的交集內(nèi)。 ④ 兩個(gè)重要的參數(shù)修正： ① 不定形算法通過(guò)平滑（ smoothing）修正節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的梯度跳數(shù)。 ② 不定形計(jì)算機(jī)是一種并行計(jì)算結(jié)構(gòu)，和智能群（蟻群、鳥(niǎo)群、粒子群等）很相似。 ? 評(píng)價(jià) – 簡(jiǎn)單：基于網(wǎng)絡(luò)連通性，無(wú)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)； – 假設(shè)節(jié)點(diǎn)都擁有理想的球型無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播模型，而實(shí)際上無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳播模型； – 位置估計(jì)精確度和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的密度和分布有很大關(guān)系。 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： ? ?,xy? ? 1111, ( , )nniiiix y X Ynn??? ??Slide 34 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 例如，如果四邊形 ABCD 的頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為 ， ， ， 則它的質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算如下： ? ?11,xy? ?22,xy? ?33,? ?44,xy? ? 1 2 3 4 1 2 3 4, 44x x x x y y y yxy ? ? ? ? ? ???? ???? 這種方法的計(jì)算與實(shí)現(xiàn)都非常簡(jiǎn)單，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性確定出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)周?chē)男艠?biāo)參考節(jié)點(diǎn)，直接求解信標(biāo)參考節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多邊形的質(zhì)心。 [ , ]i i i ix d y d??[ , ]i i i ix d y d??[ m a x( ) , m a x( ) ] [ m in( ) , m in( ) ]i i i i i i i ix d y d x d y d? ? ? ? ?錨點(diǎn) 1錨點(diǎn) 2錨點(diǎn) 3估計(jì)位置( 矩形中心 )真實(shí)位置Slide 33 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 無(wú)需測(cè)距的定位技術(shù) 無(wú)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。 Minmax定位是根據(jù)若干錨點(diǎn)位置和至待求節(jié)點(diǎn)的測(cè)距值，創(chuàng)建多個(gè)邊界框，所有邊界框的交集為一矩形，取此矩形的質(zhì)心作為待定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。從上述過(guò)程可以看出，這種定位方法本質(zhì)上就是最小二乘估計(jì)。如果待定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為（ x, y），并且已知它至各錨點(diǎn)的測(cè)距數(shù)值為 ，可得如下圖，其中 (x， y)為待求的未知坐標(biāo) 。確定二維坐標(biāo)至少具有三個(gè)節(jié)點(diǎn)至錨點(diǎn)的距離值；確定三維坐標(biāo)，則需四個(gè)此類(lèi)測(cè)距值。 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。 發(fā)射節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射 無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)和 超聲波信號(hào) ，接收節(jié)點(diǎn)記錄下這兩種信號(hào)的到達(dá)時(shí)間 T T2， 已知無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)和超聲波的傳播速度為 cc2, 那么兩點(diǎn)之間的距離為 (T2T1)*S，其中 S=c1*c2/(c1c2)。 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(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的距離。將無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)信號(hào)的接收功率， PT是無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播的環(huán)境。比較常用的方法是多邊定位和角度定位。 Slide 22 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 基于測(cè)距的定位技術(shù) 基于測(cè)距的定位技術(shù)是通過(guò)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。 Slide 21 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 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(mǎn)足要求的最優(yōu)算法，采取最適宜的技術(shù)手段來(lái)完成定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 功耗作為傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)于定位這項(xiàng)服務(wù)功能，人們需要計(jì)算為此所消耗的能量。 Slide 20 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 設(shè)節(jié)點(diǎn) i的估計(jì)坐標(biāo)與真實(shí)坐標(biāo)在二維情況下的距離差值為 Δ di，則 N個(gè)未知位置節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)平均定位誤差為： 11 Nii dN ?? ? ?? 覆蓋范圍和位置精度是一對(duì)矛盾性的指標(biāo)。 絕對(duì)精度指以長(zhǎng)度為單位度量的精度。 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。 (12) 非視線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信。 Slide 18 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 (10) 到達(dá)角度 (Angle of Arrival, AoA)：節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對(duì)于自身軸線(xiàn)的角度，稱(chēng)為信號(hào)相對(duì)接收節(jié)點(diǎn)的到達(dá)角度。 (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(chēng)為信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差。 (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。 (4) 鄰居節(jié)點(diǎn) ：傳感器節(jié)點(diǎn)通信半徑范圍以?xún)?nèi)的所有其它節(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。 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)。 (2) 測(cè)距 ：指兩個(gè)相互通信的節(jié)點(diǎn)通過(guò)測(cè)量方式來(lái)估計(jì)出彼此之間的距離或角度。 Sli