第9章自动检测的共性技术及新发展解析.ppt

Nested Software Power Unit Sensing Unit Sensor ADC Processing Unit Communication Unit Storage 现代传感器网络 传感器技术＋嵌入式计算技术＋分布式信息处理技术＋无线通信技术 传感器节点密集 传感器节点静止或移动 具有通信路径自组织能力(Ad Hoc) 感知信息通过多跳的方式传输给用户 传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。 其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息, 报告给用户. 传感器网络的定义 军事应用: 作战环境侦查与监控 军事侦查、情报获取 战场监测与指挥 民事应用: 环境监测 交通管理 灾难预防(如森林火灾监测) 危险区域监测 有灭绝危险或珍贵动物的跟踪监护 民用和工程基础设施的安全性监测 等等，等等 传感器网络是扩大人类感知能力的一场革命 传感器网络可以为增加 “耳、鼻、眼、舌” 等感知能力 传感器网络的应用 大地监测 环境监测 Contaminant Flow Monitoring Sensor attached to every vehicle. Capable of detecting their location, vehicle sizes, speeds and ; road conditions… Alternate routes, estimate trip times… Traffic Control Biological Systems 作战环境侦查 战场监测与指挥 传感器网络的特点与挑战 通信能力有限 节点带宽窄，而且经常变化 节点通信覆盖范围只有几十到几百米， 而且经常变化 挑战之一 如何在如此有限通信能力的条件下, 高质量地完成感知数据的查询、分析、挖掘与传输？ 在传感器网络环境下，发现最小化算法通信复杂性的机理是我们面临的第一个挑战问题！ 多源、多跳是主要通信方式 多个传感器节点向一个目标传送信息 一次多源信息传输需要多条由多个传感器节点组成的路径 挑战之二 如何为多源信息传输选择优化通信路径？ 在传感器网络环境下，建立选择优化或近似优化通信路径的理论是我们面临的第二个挑战问题！ 节点移动、断接频繁 在移动网络中，节点移动频繁 节点间通信的断接频繁，导致通信失败. 经常受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响, 因此传感器可能会长时间脱离网络, 离线工作 挑战之三 通信路径重构成为突出问题？路由算法必须具有自适应性？ 如何建立网络随机连通性的数据理论，为通信路径重构和自适应路由算法设计奠定坚实理论基础是我们面临的第三个挑战问题？ 电源能量有限 传感器的电源能量极其有限 由于电源能量的原因经常失效或废弃 电源能量约束是传感器网络应用的障碍 现有电源部件不能满足传感器网络的需要 传感器传输信息比执行计算更消耗电能 传感器传输1位信息需要的电能足以执行3000条计算指令 挑战之四 如何传感器网络在工作过程中节省能，实现能源均衡，最大化网络生命周期？ 建立能源复杂性和能源均衡理论是我们面临的第四个挑战性问题！ 计算能力有限 传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处理器和存储器，具有计算能力 但是，处理器性能、存储器容量和能源都很有限，导致传感器的计算能力十分有限 挑战之五 如何使用大量具有有限计算能力的传感器设计能源有效的高性能分布式算法? 设计同时最小化能源、时间、空间和通信复杂性的分布式算法是我们面临的第五个挑战性问题！ 传感器数量大、分布范围广 传感器网络中传感器节点密集，数量巨大，可能达到几百、几千万，甚至更多 传感器网络可以分布在很大区域，也可以分布在险恶环境下 传感器数量大、分布广的特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护 挑战之六 如何使传感器网络软硬件具有高强壮性和容错性是我们面临的第六个挑战性问题！ 大规模分布式触发器 很多传感器网络需要对感知对象进行控制（如温度控制） 传感器需要配备回控装置和控制软件 我们称回控装置和控制软件为触发器 挑战之七 如何管理成千上万分布式触发器是我们面临的第七个挑战性问题？ 感知数据流无限 传感器网络每个传感器都产生无限的流式数据，并具有实时性 每个传感器仅具有有限的存储器和计算资源，难以处理巨大的实时数据流 挑战之八 如何设计高效率、能源有效、实时的海量感知数据流的查询、分析和挖掘的分布式算法？ 以数据为中心 传感器网络不是通常的网络 用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件 用户很少询问“A节点到B节点的连接是如何实现的？” 用户经常询问“网络覆盖区域中那些地区出现毒气？”