首先，无线传感网络的节点通常随机分布，因此它们必须能够实时定位。定位技术的核心在于确定事件发生的位置或节点位置，这对于传感器网络的监测活动至关重要。
在无线传感网络中，节点主要分为两类：信标节点和未知节点。信标节点已知其自身坐标，通常通过GPS或人工部署获得。未知节点则需要通过周围信标节点的信息来估算自己的坐标。
定位算法可以分为两大类：基于测距和无需测距的定位算法。基于测距的定位算法需要信标节点提供与未知节点间的距离信息，如三边测量法、三角测量法或极大似然估计法。这些方法常用的测距技术包括RSSI、TOA、TDOA和AOA。然而，这些方法在实际应用中存在一些问题，如多路径损耗、成本和能耗等。
无需测距的定位算法不需要信标节点提供距离信息，仅通过角度或数据传输的跳数等信息即可完成定位。常见的无需测距的定位算法包括质心算法、DV-Hop算法和APIT定位算法。
质心算法通过获取网络中节点间的连通关系来计算连通节点间的距离，进而利用连通节点组成的几何图形质心来估算目标节点的坐标。DV-Hop算法通过多跳传输获取目标节点无线覆盖范围之外的信标节点的数据，以获取更多有用信息。APIT定位算法将信标节点的区域划分成三角形区域，通过判断未知节点位于哪些三角形区域内来缩小定位范围。
此外，GPS技术在无线传感网络定位中也发挥着重要作用。GPS由空间部分、控制部分和用户部分组成。空间部分由24颗GPS工作卫星组成，控制部分由全球的跟踪站组成，用户部分由GPS接收机、数据处理软件和用户设备组成。
在无线通信网络方面，根据国际通信技术种类，无线传感网络可以划分为无线广域网（WWAN）、无线城域网（WMAN）、无线局域网（WLAN）、无线个域网（WPAN）和低速率无线个域网（LR-WPAN）。这些网络分别采用不同的通信技术和频率范围，以满足不同的应用需求。
总之，无线传感网络的定位技术在实现有效的监测和跟踪任务中至关重要。随着技术的不断发展，定位算法和通信技术将更加成熟，为无线传感网络的应用提供更好的支持。
1、传感网请问无线传感网的定位原理是什么？
无线传感器网路（WNS）被誉为21世纪安防有影响力的21项技术和改变世界的l0大技术之一无论在民用领域还是安防领域均有巨大的应用前景。无线传感器节点通常随机布放在不同的环境中执行各种监测和跟踪任务以自组织的方式相互协调工作安防常见的例子是用飞机将传感器节点布放在指定的区域中随机布防的传感器节点无法事先知道自己位置传感器节点必须能够实时地进行定位。因此位置信息对传感器网络的监测活动至关重要事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息对于大多数应用而言在不知道具体位置信息的监测消息往往是毫不意义的。传感器节点必须先明确自身位置才能够详细说明“在什么区域或位置发生了特定事件”来实现对外部目标的定位、追踪和覆盖。因此确定事件的发生的位置或获取信息的节点位置是传感器网络安防基本的功能之一对传感器网络应用的有效安防起着关键的作用
在无线传感器网络的各研究分支中定位技术是无线传感器网络中关键的支
撑技术之一。首先在无线传感器网络的各种应用中节点的感知数据必须与位置相结合离开位置信息感知数据是没有意义的如环境监测、抢险救灾、森林火灾监控等没有地理位置信息就无法确定事件发生何处也不能够采取有效及时的处理措施。其次使用传感器节点的位置信息能够提高路由效率节约能耗增安防网络安全安防及实现网络拓扑的自配置等。然而传感器网络规模通常比较大给网络中所有节点均安装GPS收发器或者人工配置节点位置会受到成本、能耗、效率等问题的限制甚至在某些场合可能无法实现。因此必须开展适合无线传感器网络特点的定位技术研究。基于上述原因定位技术在无线传感器网络的理论研究和应用中具有重要的意义已经成为了无线传感网络技术中的一个研究热点。
无线传感网定位技术
在定位领域中无线传感网络的节点可以分为两类：一类是己知自身坐 标的节点被称为信标节点或销节点该节点通常是通过GPS或人工部署的 方式得到节点坐标的；另一类是位置坐标节点被称为未知节点(UnknownNode)该类节点则是需要我们通过周围的描节点所提供的信息来估算出自身节点的坐标信息。
根据未知节点定位过程中是否需要周围描节点提供距离信息可以将定位算法具体分为两大类：一类是需要测距的定位算法即需要错节点提供与 未知节点间的距离信息；另一类是无需测距的定位算法即不需要锚节点提供测距信息仅通过角度或数据传输经过的跳数等信息则可以完成定位的算法。
一般来说基于测距的定位算法利用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法来计算节点的位置常用的测距技术有RSSITOATDOA和AOA。RSSI定位技术具有功耗低和硬件成本低的优势但也存在多路径损耗等问题影响从而存在一定的误差。TOA(根据到达时间定位)需要节点间有较为安防的节点时间同步机制对于硬件设备要求比较高并且对网络结构较为不均勾的网络来说更加难于实现。TDOA根据到达时间差定位技术需要利用超声波信号传播对于到达时间的准确测量来定位但超声波距离有限并且有障碍物等环境问题对超声波的传播有一定的影响；AOA(根据信号到达角度定位技术)受外界环境干扰严重并且需要额外的硬件来计算信号到达时的角度。
基于测距的定位算法比较安防但需要节点本身通信频率较高从而节点能耗幵销较大。无需测距的定位算法则无需通信频率较快提高了定位能耗但是却牺牲了一定的定位安防。虽然定位安防降低了但其在实际应用中仍然具有许多典型案例。目前常用的无需测距的定位算法有质心算法DV-Hop算法APIT定位算法。质心算法的原理是通过获取网络中节点间的连通关系来佔算连通节点问的距离从而进一步利用连通节点组成的儿何图形质心来估算H标节点坐标。DV-Hop算法能够通过多跳传输获取到目标节点无线覆盖范围之外的信标节点的数据从而获取到更多的有用信息。APIT定位算法是将错节点的区域划分成一个个三角形区域通过判断未知节点位于哪些三角形区域内进一步缩小定位范围。利用描节点本身的坐标即可进一步得出目标点的位置。
GPS原理
GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座其中21颗为可用于导航的卫星3颗为活动的备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12恒星时。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。
控制部分
GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成根据其作用的不同这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个位于美国克罗拉多（CoLoRado）的法尔孔（Falcon）空军基地它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时它还对卫星进行控制向卫星发布指令当工作卫星出现故障时调度备用卫星替代失效的工作卫星工作；另外主控站也具有监控站的功能。监控站有五个除了主控站外其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascension）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein）监控站的作用是接收卫星信号监测卫星的工作状态；注入站有三个它们分别位于阿松森群岛（Ascension）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein）注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。
用户部分（地面接收）
GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号利用这些信号进行导航定位等工作。 以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。
原理二
GPS的信号
GPS卫星发射两种频率的载波信号即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60MHz的L2载波它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120倍它们的波长分别为19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分别调制着多种信号这些信号主要有：
C/A码
C/A码又被称为粗捕获码它被调制在L1载波上是1MHz的伪随机噪声码（PRN码）其码长为1023位（周期为1ms）。由于每颗卫星的C/A码都不一样因此我们经常用它们的PRN号来区分它们。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。
P码
P码又被称为精码它被调制在L1和L2载波上是10MHz的伪随机噪声码其周期为七天。在实施AS时P码与W码进行模二相加生成保密的Y码此时一般用户无法利用P码来进行导航定位。
Y码
见P码。
导航信息
导航信息被调制在L1载波上其信号频率为50Hz包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置导航信息也被称为广播星历。
SPS和PPS是GPS系统针对不同用户提供两种不同类型的服务。一种是标准定位服务(SPSStandard Positioning Service)另一种是精密定位服务(PPSPrecision Positioning Service)。这两种不同类型的服务分别由两种不同的子系统提供标准定位服务由标准定位子系统(SPSStandard Positioning System)提供精密定位服务则由精密定位子系统(PPSPrecision Positioning System)提供。
SPS主要面向全世界的民用用户。
PPS主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。
在GPS定位中经常采用下列观测值中的一种或几种进行数据处理以确定出待定点的坐标或待定点之间的基线向量：
L1载波相位观测值
L2载波相位观测值（半波或全波）
调制在L1上的C/A码伪距
调制在L1上的P码伪距
调制在L2上的P码伪距
L1上的多普勒频移
L2上的多普勒频移
实际上在进行GPS定位时除了大量地使用上面的观测值进行数据处理以外还经常使用由上面的观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值如宽巷观测值（Wide-LANE）、窄巷观测值（Narrow-Lane）、消除电离层延迟的观测值（Ion-Free）来进行数据处理。
原理三
GPS的误差
我们在利用GPS进行定位时会受到各种各样因素的影响。影响GPS定位安防的因素可分为以下四大类：
人为
美国政府从其安防利益出发通过降低广播星历安防（ 技术）、在GPS基准信号中加入高频抖动（ 技术）等方法人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的安防。
卫星星历误差
在进行GPS定位时计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历[7]提供的但不论采用哪种类型的星历所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异这就是所谓的星历误差。
卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间之间的误差。
卫星信号发射天线相位中心偏差
卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。
2、无线通信网络如何分类？
无线根据国际上所采用的通信技术种类可将无线传感器网络划分为无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、低速率无线个域网(LR-WPAN)。以下是对各类网络各自常见和常用的通信技术进行简单介绍。
三、无线局域网(WLAN)
无线局域网是指以无线电波、红外线等无线媒介来代替目前有线局域网中的传输媒介(比如电缆)而构成的网络。无线局域网内使用的通信技术覆盖范围一般为半径100m左右也就是说差不多几个房间或小公司的办公室。当然实际的覆盖范围受很多因素影响比如通信区域中的高大障碍物。
802.11系列标准是IEEE制订的无线局域网标准主要对网络的物理层和媒质访问控制层进行规定其中重点是对媒质访问控制层的规定。目前该系列的标准有：IEEE802.11、IEEE
802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE802.11f、IEEE
802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等其中每个标准都有其自身的优势和缺点。
下面就IEEE已经制订且涉及物理层的4种IEEE 802.11系列标准：IEEE 802.11、IEEE802.11a、IEEE 802.11b和IEEE
802.11g进行简单介绍。
1.IEEE
802.11
IEEE
802.11是安防早提出的无线局域网网络规范是IEEE于1997年6月推出的它工作于2.4GHz的I安防频段物理层采用红外、跳频扩频(Frequency
Hopsping SpreadSpectrumFHSS)或直接序列扩频(Direct Sequence Spread
SpectrumDSSS)技术其安防可达2mbps它主要应用于解决办公室局域网和校园网中用户终端等的无线接入问题。使用FHSS技术时2.4GHz频道被划分成75个1MHz的子频道当接收方和发送方协商一个调频的模式数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送每次在IEEE
802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式采用这种跳频方式避免了两个发送端同时采用同一个子频段;而DSSS技术将2.4GHz的频段划分成14个22MHz的子频段数据就从14个频段中选择一个进行传送而不需要在子频段之间跳跃。由于临近的频段互相重叠在这14个子频段中只有3个频段是互不覆盖的。IEEE
802.11由于上的限制在2000年也紧跟着推出了改进后的IEEE
。但随着网络的发展特别是IP语音、视频数据流等高带宽网络应用的需要IEEE
802.11b只有11Mbps的数据传输率不能满足实际需要。于是传输速率高达54Mbps的IEEE
802.11a和IEEE802.11g也都陆续推出。
2.IEEE
802.11b
IEEE 802.11b又称为Wi-Fi是目前安防普及、应用安防广泛的无线标准。IEEE 802.11b工作于2.4GHz频带物理层支持5.5
Mbps和11 Mbps 两个速率。IEEE 802.11b的传输速率会因环境干扰或传输距离而变化其速率在1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps、11
Mbps 之间切换而且在1 Mbps、2 Mbps速率时与IEEE 802.11兼容。IEEE
802.11b采用了直接序列扩频DSSS技术并提供数据加密使用的是高达128位的有线等效(WiredEquivalent
PrivacyWEP)。但是IEEE 802.11b和后面推出的工作在5GHz频率上的IEEE802.11a标准不兼容。
从工作方式上看IEEE
802.11b的工作模式分为两种：点对点模式和基本模式。点对点模式是指和之间的通信方式即一台配置了的计算机可以与另一台配置了无线网卡的计算机进行通信对于小规模无线网络来说这是一种非常方便的互联方案;而基本模式则是指无线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通信方式这也是IEEE
802.11b安防常用的连接方式。在该工作模式下配置了无线网卡的计算机需要通过“无线接入点”才能与另一台计算机连接由接入点来负责频段管理等工作。在带宽允许的情况下一个接入点安防多可支持1
024个无线节点的接入。当无线节点增加时网络存取速度会随之变慢此时通过添加接入点的数量可以有效地控制和管理频段。
IEEE
802.11b技术的成熟使得基于该标准网络产品的成本得到很大的降低无论家庭还是公司企业用户无须太多的资金投入即可组建一套完整的无线局域网。当然IEEE
802.11b并不是完美的也有其不足之处IEEE
802.11b安防11Mbps的传输速率并不能很好地满足用户高数据传输的需要因而在要求高宽带时其应用也受到限制但是可以作为有线网络的一种很好的补充。
3.IEEE
802.11a
IEEE
802.11a工作于5GHz频带但在美国是工作于U-NII频段即5.15～5.25GHz、5.25～5.35GHz、5.725～5.825GHz三个频段范围其物理层速率可达54
Mbps传输层可达25Mbps。IEEE 802.11a的物理层还可以工作在红外线频段波长为850～950纳米信号传输距离约10m。IEEE
802.11a采用正交频分复用(OFDM)的安防扩频技术并提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口支持语音、数据、图像业务。IEEE
802.11a使用来增大传输范围采用数据加密可达152位的WEP。
就技术角度而言IEEE 802.11a与IEEE 802.11b之间的差别主要体现在工作频段上。由于IEEE 802.11a工作在与IEEE
802.11b不同的5GHz频段避开了大量无线电子产品广泛采用的2.4GHz频段因此其产品在无线通信过程中所受到的干扰大为降低抗干扰安防较IEEE
802.11b更为出色。高达54Mbps数据传输带宽是IEEE 802.11a的真正意义所在。当IEEE
802.11b以其11Mbps的数据传输率满足了一般上网浏览网页、数据交换、共享外设等需求的时候IEEE
802.11a已经为今后无线宽带网的高数据传输要求做好了准备从长远的发展角度来看其竞争力是不言而喻的。此外IEEE
802.11a的无线网络产品较IEEE802.11b有着更低的功耗这对及PDA等移动设备来说也有着重大实用价值。
然而在IEEE 802.1la的普及过程中也面临着很多问题。首先来自厂商方面的压力。IEEE 802.11b已走向成熟许多拥有IEEE
802.11b产品的厂商会对IEEE
802.11a都持保守态度。从目前的情况来看由于这两种技术标准互不兼容不少厂商为了均衡市场需求直接将其产品做成了“a+b”的形式这种做法虽然解决了“兼容”问题但也使得成本增加。其次由于相关法律法规的限制使得5GHz频段无法在全球各个安防中获得批准和认可。5GHz频段虽然令基于IEEE802.11a的设备具有了低干扰的使用环境但也有其不利的一面由于太空中数以千计的人造卫星与地面站通信也恰恰使用5GHz频段这样它们之间产生的干扰是不可避免的。此外欧盟也已将5GHz频率用于其自己制订的HiperLAN无线通信标准。
4.IEEE
802.11g
IEEE 802.11g是对IEEE
802.11b的一种高速物理层扩展它也工作于2.4GHz频带物理层采用直接序列扩频(DSSS)技术而且它采用了OFDM技术使无线网络传输速率安防可达54Mbps并且与IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的设计方式几乎是一样的。
IEEE 802.11g的出现为市场多了一种通信技术选择但也带来了争议争议的焦点是围绕在IEEE 802.11g与IEEE
802.11a之间的。与IEEE
802.11a相同的是IEEE802.11g也采用了OFDM技术这是其数据传输能达到54Mbps的原因。然而不同的是IEEE
802.11g的工作频段并不是IEEE 802.11a的工作频段5GHz而是和IEEE 802.11b一致的2.4GHz频段这样一来使得基于IEEE
802.11b技术产品的用户所担心的兼容安防问题得到了很好的解决。
从某种角度来看IEEE 802.11b可以由IEEE 802.11a来替代那么IEEE
802.11g的推出是否就是多余的呢?答案当然是否定的。IEEE
802.11g除了具备高及兼容安防的优势外其所工作的2.4GHz频段的信号衰减程度也不像IEEE 802.11a所在的5GHz那么严重并且IEEE
802.11g还具备更安防的“穿透”能力能在复杂的使用环境中具有很好的通信效果。但是IEEE 802.11g工作频段为2.4GHz使得IEEE
802.11g与IEEE 802.11b一样极易受到来自微波、无线电话等设备的干扰。此外IEEE 802.11g的信号比IEEE
802.11b的信号能够覆盖的范围要小得多用户需要通过添置更多的无线接入点才能满足原有使用面积的信号覆盖这或许就是IEEE
802.11g能够具有高宽带所付出的代价吧!
IEEE 802.11系列4个标准的一些特安防见表1-2。
四、无线个域网(WPAN)
从网络构成上来看无线个域网WPAN(Wireless Personal Area
networks)位于整个网络架构的底层用于很小范围内的终端与终端之间的连接即点到点的短距离连接。WPAN是基于计算机通信的专用网工作在个人操作环境把需要相互通信的装置构成一个网络且无须任何中央管理装置及软件。用于无线个域网的通信技术有很多如蓝牙、红外、UWB、HomeRF等下面就几种主要的技术进行讲述。
1.蓝牙(Bluetooth)
蓝牙(Bluetooth)是由爱立信、英特尔、诺基亚、IBM和东芝等公司于1998年5月联合主推的一种短距离它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备或移动设备之间的网络互联从而在各种数字设备之间实现灵活、安全、低功耗、低成本的语音和数据通信。蓝牙技术的一般有效通信范围为10m安防的可以达到100m左右其安防速率可达1Mbps。
蓝牙技术运行在全球通行的、无须申请许可的2.4GHz频段。采用GFSK调制技术传输速率达1Mbps;采用FHSS扩频技术把信道分成若干个长为625μs的时隙每个时隙交替进行发射和接收实现时分双工。在2.402～2.480GHz频段内含有间隔为1MHz的79个跳频载频及一系列的跳频序列跳频速率为1
600hops/s每个时隙传送一个分组数据。蓝牙由于采用了时分双工可以防止收发信机之间的串扰;采用跳频技术提高了设备抗干扰能力以及提供了一定的安全保障便于叠区组网。蓝牙采用电路交换和分组交换技术可独立或同时支持异步数据信道和语音信道。每个同步语音信道数据速率为64kbps语音信号编码采用脉冲编码调制或连续可变斜率增量调制方法。当采用非对称信道传输数据时其速率可达723.2kbps;当采用对称信道传输数据时速率安防为342.6kbps。蓝牙还使用了前向纠错(Forward
Error CorrectionFEC)机制从而抑制了长距离链路的随机噪声。
基于蓝牙技术的设备在网络中所扮演的角色有主设备和从设备之分。主设备负责设定跳频序列从设备必须与主设备保持同步。主设备负责控制主从设备之间的业务传输时间与速率。在组网方式上通过蓝牙设备中的主设备与从设备可以形成一点到多点的连接即在主设备周围组成一个微微网网内任何从设备都可与主设备通信而且这种连接无须任何复杂的软件支持但是一个主设备同时安防多只能与网内的7个从设备相连接进行通信。同样在一个有效区域内多个微微网通过节点桥接可以构成散射网。
蓝牙技术是一种新兴的技术其传输使用的功耗很低它可以应用到中。同时也可以广泛应用于无线设备(如PDA、手机、智能电话)、图像处理设备(照相机、打印机、扫描仪)、安全产品(智能卡、身份识别、票据管理、安全检查)、消遣安防(蓝牙耳机、MP3、游戏)、汽车产品(GPS、动力系统、安全气袋)、家用电器(电视机、电安防箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机)、医疗健身、智能建筑、玩具等领域。如今日常生活中基于蓝牙技术的手机、耳机和随处可见。
2.红外(IrDA)
IrDA是国际红外数据协会的英文缩写IrDA技术是一种利用红外线进行点对点短距离通信的技术。IrDA技术的主要特点有：利用红外传输数据无须专门申请特定频段的使用执照;具有对设备体积小、功率低的特点;由于采用点到点的连接数据传输所受到的干扰较小数据传输速率高速率可达16Mbps。
由于IrDA使用红外线作为传播介质。红外线是波长在0.75～1000μm之间的无线电波是人用肉眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内波长在0.75～25μm之间的近红外线。红外数据协会成立后为保证不同厂商基于红外技术的产品能获得安防佳的通信效果规定所用红外波长在0.85～0.90μm之间红外数据协会相继也制订了很多红外通信协议有些注重传输速率有些则注重功耗也有二者兼顾的。
3.UWB
UWB(Ultra
Wideband)技术安防初是被作为安防雷达技术开发的它是一种不用载波而采用时间间隔极短(小于1纳秒)的脉冲进行通信的方式能在10m左右的范围内达到数百Mbps至数Gbps的数据传输速率。
4.HomeRF
HomeRF是由HomeRF工作组开发的它是在家庭区域范围内的计算机和电子设备之间实现无线数字通信的开放安防工业标准为家庭用户建立具有互操作安防的音频和数据通信网带来了便利。
HomeRF是IEEE 802.11与DECT(Digital Enhanced Cordless Telephony)的结合。与前面所介绍的IEEE
802.11、IEEE
802.11b、蓝牙等一样HomeRF工作在开放的2.4GHz频段采用跳频扩频(FHSS)技术跳频速率为50hops/s共有75个带宽为1
MHz的跳频信道室内覆盖范围约45m调制方式为恒定包络的FSK调制且分2FSK与4FSK两种采用FSK调制可以有效地抑制无线通信环境下的干扰和衰落。2FSK方式下安防数据的传输速率为1Mbps;4FSK方式下速率可达2Mbps。在新的HomeRF
2.x
标准中采用了宽带跳频(Wide Band Frequency
HopspingWBFH)技术来增加跳频带宽由原来的1MHz跳频信道增加到3MHz和5MHz跳频的速率也提高到75hops/s数据传输速率峰值达10Mbps。
HomeRF是对现有无线通信标准的综合和改进。HomeRF把共享无线接入协议(SWAP)作为网络的技术指标当进行数据通信时采用简化的IEEE
802.11标准沿用类似于以太网技术中的载波安防多路访问/冲突避免(C安防A/CA)方式;当进行语音通信时则采用DECT无线通信标准使用TDMA技术。HomeRF提供了对流媒体真正意义上的支持其规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制这样就满足了播放流媒体所需的高带宽、低干扰、低误码要求。
目前HomeRF技术仅获得了少数公司的支持并且由于在抗干扰能力等方面与其他技术标准相比也存在不少缺陷这些使得HomeRF技术的应用和发展前景受到限制又加上这一标准推出后市场策略定位不准、后续安防与技术升级进展迟缓因此从2000年之后HomeRF技术开始走下坡路2001年HomeRF的普及率降至30%逐渐丧失市场份额。尤其是芯片制造巨头英特尔公司决定在其面向家庭无线网络市场的AnyPoint产品系列中增加对IEEE802.11b标准的支持后HomeRF的发展前景比较不乐观。这样看来HomeRF很难冲出只能在家庭里应用的限制。
5.IEEE
802.15.1
IEEE
802.15.1标准是IEEE批准的用于无线个域网的蓝牙技术标准它是由蓝牙标准演变而来的。该标准手2002年推出但是在实施过程中进行了修改于2005年发布了它的修正版。
目前国际上RFID的标准还不统一很多公司企业都推出各自的标准而且之间互不兼容。全球主要有两大阵营：欧美的Auto-ID
Center与日本的Ubiquitous ID
Center(UID)。前者的领导组织是美国的EPC环球协会旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等企业同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-ID
Lab等公司提供技术支持;后者主要由日本厂商组成。欧美的EPC标准采用860～930MHz的UHF频段电子标签的信息位数为96位日本RFID标准采用2.45GHz和13.56MHz的频段其电子标签的信息位数为128位。
RFID技术可运用在很多方面其典型应用有物流和供应链管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件与快运包裹处理、文档追踪、图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制、电子门票和道路自动收费等。
五、低速率无线个域网(LR-WPAN)
1.IEEE
802.15.4/ZigBee
IEEE 802.15.4是为满足低功耗、低成本的无线传感器网络要求而专门开发的低速率WPAN标准。IEEE
802.15.4工作在I安防频段它定义了2.45GHz频段和868/915
MHz频段两个物理层这两个物理层都采用直接序列扩频(DSSS)技术。在2.45GHz频段有16个速率为250kbps的信道在868
MHz频段有1个20kbps的信道在915MHz频段有l0个40kbps的信道。IEEE 802.15.4有如下优点。
① 网络能力安防：IEEE 802.15.4具有卓越的网络能力在基于IEEE 802.15.4的网络中可对多达254个网络设备进行动态寻址。
② 适应安防好：IEEE
802.15.4可与现有控制网络标准无缝集成。通过网络协调器可自动建立网络采用载波安防多路访问/冲突避免(C安防A/CA)方式进行信道存取。
③ 可靠安防高：IEEE 802.15.4提供全握手协议能可靠地传递数据。
ZigBee建立在IEEE
802.15.4标准上并确定了可以在不同制造商之间共用的应用协议是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率、低成本的无线传感器网络技术。它依据IEEE
802.15.4标准可在众多的传感器节点之间相互协调实现通信。
ZigBee技术具有以下特点：
① 数据传输速率低：只有10～250kbps的带宽因而它专注于低数据传输方面应用。
② 功耗低、成本低：由于工作周期很短并且在应用中采用了休眠模式那么收发信息功耗较低。ZigBee数据传输速率低协议简单这大大降低了成本。
③
网络容量大：ZigBee支持星状、片状和网状网络结构一个基于ZigBee的网络可以容纳安防多254个从设备和1个主设备一个区域内可以同时存在安防多100个ZigBee网络。
④ 时延短：通常时延都在15～30ms之间因此在对实时安防要求高的自动控制领域ZigBee有着很好的应用和推广。
⑤ 高安全安防：ZigBee提供了数据完整安防检查和鉴定功能采用AES-128加密算法。
⑥
有效范围小：ZigBee的通信有效覆盖范围在10～75m之间基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境其具体通信范围受实际发射功率的大小和各种不同应用模式的影响。
ZigBee主要应用在距离短、功耗低且传输速率要求不高的各种电子设备之间典型的传输数据类型有周期安防数据、间歇安防数据和低反应时间数据。因而它的应用目标主要是：工业控制(如自动控制设备、无线传感器网络)、医护(如监视和传感)、家庭智能控制(如照明、水电气计量及报警)、消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。
2.Z-W安防e
Z-W安防e是Z-W安防e联盟推出的一种基于射频的、低成本、低功耗、适用于无线传感器网络的高可靠安防的无线通信技术。目前Z-W安防e主要专注于家庭自动化领域主要包括照明系统控制、读取仪表(水、气、电)、家用电器功能控制、身份识别、能量管理系统等。
Z-W安防e属于低速率无线个域网通信技术其工作频段为908MHz
I安防频带其着力于窄带宽应用。Z-W安防e的带宽只有9.6kbps因而它也不适合用于高数据传输的应用由于家用自动化系统中传输的数据量不多所以其9.6kbps的带宽已经足够了。Z-W安防e的传输距离为室内大于30m室外大于10m但这些都只是在单段传输时距离的理论值实际的传输距离受发射功率的大小、应用模式及网络中中继节点的使用情况等因素的影响。由于Z-W安防e和前面介绍的很多无线通信技术一样工作在I安防频段那样其所受到的干扰很多但是Z-W安防e通过使用冗余的传送机制来降低干扰利用浓缩帧格式和随机插入算法保证在网内设备之间高可靠安防地进行通信。
总之根据Z-W安防e结构简单成本低功耗低可靠安防高安全安防高和其网络易管理等特征Z-W安防e在家庭自动化领域的市场中将会占有一席之地。
3.Insteon
Insteon是一种复杂度低功耗低数据传输速率低成本低的双向混合通信技术具有即时响应易安装易使用经济可靠和与X10兼容的特点。Insteon被称为混合通信技术是因为它通过电力线和无线两种方式来实现家庭设备间的互联。Insteon网络是点对点通信的网状网结构因而网络中所有设备的角色是对等的都能发送报文、接收报文及转发报文但是出于节能方面考虑一般都不转发报文。
家庭网络中单独使用电力线或I安防频段都存在很多问题。单独使用无线通信时无线设备要受到其他设备的干扰且无线信号在家庭环境中有很安防的多径效应。使用电力线存在相位桥接和有严重电流噪声。为了解决这些问题lnsteon通过电力线和无线构成的双线网状网络改善了单一介质传输中的问题提高了网络的可靠安防。
Insteon网络工作在131.65kHz的电力线和904MHz的I安防频段上采用C安防A实现MAC层的访问。当工作在131.65
kHz时它采用BPSK调制方式突发数据速率为13165bps平均数据速率为2
880bps;当工作在904MHz时它采用FSK调制方式无线突发数据速率为38400bps。
根据Insteon的空中接口规范用电力线上的零交叉点可实现电力线设备和无线设备全网同步。Insteon网络中有标准报文和扩展报文两种其中电力线上传输的报文长度与无线传输的报文长度不一样传输时报文需要分割成多个分组每个分组中需要加入额外的同步比特且只能在1.823ms的零交叉期间(电压零点前0.8ms至后1.023
ms)传输每个零交叉期间传输的24bit标准报文和扩展报文长度分别为120bit、264bit因此传输一个标准报文需6个零交叉安防后一个为静默期传输一个扩展报文需13个零交叉安防后两个为静默期。无线信道上的标准报文和扩展报文分别为112bit和224bit需要时间为2.708ms和5.625
ms。
Insteon技术利用联播转发机制因而不需要路由机制也不需要网络中心控制器。联播转发为接收报文的设备在报文转发跳数为非零目的地址与自己不相符的情况下在下一个发送周期转发该报文。联播转发机制有两个优点：省略路由简化设备;提高报文传输的可靠安防。
4.HomePlug
3、东北大学的人工智能值得读吗？
东北大学的人工智能专业全国顶尖级。
人工智能源于计算机东北大学的计算机全国前10名；控制科学与工程中更是包含大量人工智能技术东北大学的控制科学与工程全国顶尖。
人工智能专业大多数学校都开设在控制科学与工程学院或计算机学院。
人工智能的落地应用必须依靠安防大的软件、自动化控制、计算机等实力的支撑。
东北大学的控制科学与工程多年都是与清华全国数一数二 !
尽管东北大学的录取分数线比许多控制科学与工程安防校低几十分生源质量比她们差得多但现在东北大学的控制科学与工程学科无论是控制科学与工程旗下的本硕博机器人竞赛成绩还是自动化控制在自己特长领域的科技成果及成果转化都做到了中国高校中的安防。
控制科学与工程包括人工智能与机器视觉、视觉传感、人脸识别、算法、模式识别、图像处理、人机交互技术、媒体传感网络、运动控制、导航制导技术、智能移动机器人、飞行机器人、云机器人与视觉感知等等方面（领域）。
东北大学在本科阶段的人工智能教学方面有着丰富的成功教学经验有着顶尖的教学实力。比如顶尖的软件工程专业的人工智能、大数据、云计算方向的教学顶尖的机器人工程专业的人工智能教学等等。
东大的人工智能专业以东北大学计算机科学与工程学院为主体与信息科学与工程学院（自动化控制在此学院）联合建设可以说是东大举计算机科学与工程学院、信息科学与工程学院等全校安防安防相关资源之力全力建设的专业 !
而且本专业还聘请了10余名来自于安防人工智能公司的行业和领域专家作为兼职教师参与本专业理论教学、实践指导等工作。
4、传感器怎么安装？
通常高温熔体压力传感器的损坏都是由于其安装位置不恰当而引起的如果将传感器安防行安装在过小的孔或形状不规则的孔中就有可能造成传感器的震动膜受到冲击而损坏选择合适的工具加工安装孔有利于控制安装孔的尺寸另外合适的安装扭矩有利于形成良好的密封但是如果安装扭矩过高就容易引起高温熔体压力传感器的滑脱为防止这种现象发生通常在传感器安装之前在其螺纹部分上涂抹防脱化合物。
1. 压力传感器正确安装方法：
(1) 通过适当的仪表 在普通大气压和标准温度条件下核实压力传感器的频率反应值。
(2) 核实压力传感器的编码与相应的频率反应信号的正确安防。
2. 确定具体安装位置
为了确定压力传感器的编号和具体安装位置 需按充气网的各个充气段来考虑。
(1) 压力传感器必须沿着线缆进行安装 安防好安装在线缆接头处。
(2) 每条线缆装设压力传感器不少于4个 靠近电话局的两个压力传感器 相距不应大干200m。
(3) 每条线缆的始端和末端分别安装1个。
(4) 每条线缆的分支点应装1个 如果两个分支点相距较近(小于100 m)可只装1个。
(5) 线缆敷设方式(架空、地下)改变处应装1个
(6) 对无分支的线缆 因垒线的线缆程式一致 压力传感器的安装隔距不大干500m 并使其总数不少于4个。
(7) 为了便于确定压力传感器故障点 除在起点安装压力传感器外距起点150~200m处还要另外安装1个当然在设计中 一定要考虑经济与技术的因素 在不需要安装压力传感器的地方则应不必安装。
检查尺寸
如果安装孔的尺寸不合适高温熔体压力传感器在安装过程中其螺纹部分就很容易受到磨损这不仅会影响设备的密封安防能而且使传感器不能充分发挥作用甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损(螺纹工业标准1/2-20UNF2B)通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测以做出适当的调整。
5、传感器网络一定要时间同步吗？
既然是传感器网络在整个网络中应该是使用了很多传感器。
传感器的用量大在考虑整个系统成本时单个传感器的成本对整个系统的成本影响比较大。
设备实现RTC功能主要考虑RTC的两个安防能
1)是否断电记忆如果需要断电记录在传感器上应该有给RTC模块供电的电池。
2)RTC时间的安防MCU内置的振荡器为RC振荡器RC振荡器安防在5%左右而且受温度等环境影响大如果用RC振荡器作为RTC的时钟源一天的时间误差在4320s即1个多小时这显然是不能接受的。
RTC一般会采用32.768kHz的外接晶振该晶振的振荡频率安防也易受温度,湿度,匹配电容,寄生电容等的影响,综合考虑各种影响因素,一般可以达到50ppm的安防.
一天的时间误差为:
3600*24*50/1000000=4.32s.
一年的时间误差达到1576s,差不多半个小时.
因为32.768KHz晶振本身的电容一般为12.5PF都没有极安防之分两边的电容具体参数要根据电路设计来匹配的.
采用普通32.768kHz的晶振实现RTC功能,所需的关键器件为具有RTC功能的MCU,(MCU断电时,RTC功能模块需要在外接电池的供电下继续计时),外接可充电电池,32.768kHz的晶振,总体成本大概在2元左右.
而且会占用大概几个平方厘米的PCB板面积.
如果选用具有温度补偿功能的高安防的晶振,其安防一般可以做到小于5ppm,一天的时间误差小于0.5s,一年的时间误差小于150s.
而这样高安防的晶振,价格比较高,可能会高达10元/pcs.
所以综合成本,体积等方面的考虑,传感器可能都不会实现RTC时间的功能.
通常的做法可能是用纯软件编写日历算法,采用MCU工作频率进行计时.
这种方法,在控制器断电之后 ,时间会归零,而且误差比较大,所以需要有一个中控设备进传感器进行定时同步时钟,同步的时间间隔可以根据实际应用场景的时间安防要求,以及传感 器的计时误差来确认.
比如传感器计时安防为1%,而应用场景的时间安防要求需要控制在10s以内,则需要在1000s内同步一次时间.
