1、 掌握數(shù)據(jù)終端間的通信及接口特性，了解常用的RS232C、485、USB和CAN工業(yè)總線等串行通信接口，掌握藍牙、紅外及超寬帶通信技術的基本概念和通信原理。 物聯(lián)網(wǎng)與信息融合具有非常密切的關系，本章還應掌握信息融合基本概念與原理，了解信息融合數(shù)據(jù)、傳感器管理和無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合相關的概念和原理。本章學習目標 數(shù)據(jù)終端間的通信及接口特性 RS232C、485、USB和CAN工業(yè)總線等串行通信接口 藍牙、紅外及超寬帶通信技術 信息融合基本概念與原理 無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合知識點 短距離匯聚通信系統(tǒng)可分為有線和無線通信系統(tǒng)兩類。 有線和無線通信系統(tǒng)主要是采用各種短距離有線及無線通信技術來完成

2、感知控制終端與匯集設備之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?常用的短距離有線通信技術為各種串行通信、各種總線通信等；常用的短距離無線通信為紅外、藍牙、無線局域網(wǎng)、超帶寬無線通信技術、無線傳感網(wǎng)絡等。短距離匯聚通信5.1 短距離有線通信技術 物聯(lián)網(wǎng)感知控制設備（以下簡稱為物聯(lián)網(wǎng)終端）和匯聚設備均可看成兩個對等通信的數(shù)據(jù)終端設備。數(shù)據(jù)終端間通信時需要通過數(shù)據(jù)通信設備對數(shù)據(jù)信息進行某種變換和處理才能適合有線或無線信道的傳輸。5. 1.1 數(shù)據(jù)終端間的通信及接口特性 數(shù)據(jù)終端設備(DTE, Data Terminal Equipment)是指物聯(lián)網(wǎng)終端或物聯(lián)網(wǎng)中的計算機設備、以及其他數(shù)據(jù)終端設備。 數(shù)據(jù)通信設備(DCE

3、, Data Communication Equipment)可以是調制解調器(Modem)、線路適配器、信號變換器等。 對于不同的通信線路，為了使不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)，DTE與DCE在插接方式、引腳分配、電氣性能及應答關系上均應符合統(tǒng)一的標準及規(guī)范。DTE與DCE 國際電報電話咨詢委員會(CCITT)、國際標準化組織(ISO)和美國電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA)為各種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提供了開放互聯(lián)的系統(tǒng)標準，它包括了機械性能、電氣特性、功能特性、過程特性4個方面。 EIA RS-232C接口是美國電子工業(yè)協(xié)會于1969年頒布的一個使用

4、串行二進制方式的DTE與DCE間的接口標準。RS是Recommended Standard的縮寫，232是標準的標記號碼。由于該接口標準推出較早，并對各種特性都做了明確的規(guī)定，因此成為了一種非常通用的串行通信接口，目前幾乎所有的計算機和數(shù)據(jù)通信都兼容該標準。各種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提供了開放互聯(lián)的系統(tǒng)標準 RS-232C接口標準是一種非常廣泛使用的標準，它廣泛應用在數(shù)據(jù)通信、自動化、儀器儀表等領域，也是物聯(lián)網(wǎng)中常用的一種接口及通信方式。RS-232C不但可以與諸如Modem等DCE配合來完成遠程數(shù)據(jù)通信，而且還完成近距離本地通信。 RS-232C接口標準規(guī)定了最大傳輸距離為15m，最高傳輸速率不高于2

5、0bit/s。為了解決傳輸距離及傳輸速率不夠遠和高的問題，EIA在RS-232C的基礎上，制訂了更高性能的串行通信標準。1 RS-232C接口 RS-422A標準是一種以平衡方式傳輸?shù)臉藴省Ｆ胶夥绞绞侵鸽p端發(fā)送和雙端接收，因此傳輸信號須采用兩條線路，發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動接收器。 RS-423A標準是非平衡方式傳輸?shù)模匆詥尉€來傳輸信號，規(guī)定信號的參考電平為地。該標準規(guī)定電路中只允許有1個單端發(fā)送器，但可以有多個接收器。因此，允許在發(fā)送器和接收器間有一個電位差。標準規(guī)定邏輯“1”的電平必須超過4V，但不能超過6V；邏輯“0”的電平必須低于-4V，但不能低于-6V。RS-423A

6、標準由于采用了差動接收，提高了抗共模干擾能力，因此與RS-232C相比，傳輸距離較遠、傳輸速率較快。當傳輸距離為90m時，最大傳輸速率為100kbit/s；若傳輸速率為1kbit/s時，傳輸距離可達1200m。2 RS-422A、RS-423及RS-485接口 RS-485接口標準是一種平衡傳輸方式的串行通信接口標準，是一個多發(fā)送器的標準，它允許一個發(fā)送器驅動多個可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元的負載設備。RS-485采用共線電路結構，即在一對平衡傳輸線的兩端配置終端電阻，其發(fā)送器、接收器、以及組合收發(fā)單元可以掛在平衡傳輸線上的任何位置，實現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個驅動器和接收器共用同一傳輸線

7、的多路傳輸。 RS-485接口標準的抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠。采用雙絞線，不用調制解調器等通信設備的情況下，當傳輸速率為100kbit/s時，傳輸距離可達1200m；在9600bit/s時，傳輸距離可達15km。在傳輸距離為15m時，它的最大傳輸速率可達10Mbit/s。（3）RS-485 通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)是一種串行技術規(guī)范，其主要目的是簡化計算機與外圍設備的連接過程，目前已廣泛應用到了計算機、通信、自動化、儀器儀表等多個領域，也同時成為物聯(lián)網(wǎng)中應用最廣泛的串行通信技術之一。5.1.2 USB串行總線 使用方便：USB的方便性體現(xiàn)在可

8、自動設置、連接便捷、無需外部電源、接口通用等方面。 USB的傳輸速率快：USB支撐3種信道速率，即1.5Mbit/s的低速、12Mbit/s的全速，以及480Mbit/s以上的高速。目前計算機的USB接口均能支撐這三種速率。 功耗低、性能穩(wěn)定： 當USB外設處于待機狀態(tài)時，它會自動啟動省電模式來降低功耗。當激活時，會自動恢復原來狀態(tài)，因此USB外設的功耗較低。 操作系統(tǒng)的支持性與靈活性USB特點 USB和IEEE-1394的應用場合是有所區(qū)別的。USB適合使用在鍵盤、鼠標、掃描儀、移動硬盤及打印機等中低速的設備上，而IEEE-1394則非常適合于視頻或其他高速系統(tǒng)的連接，以及沒有主機的場合。

9、USB 1.x的傳輸速率為12Mbit/s，USB 2.0的傳輸速率可達480Mbit/s。IEEE-1394的傳輸速率為400Mbit/s，比USB 1.1快30倍以上，IEEE-1394.b的傳輸速率可達3.2Gbit/s以上，比USB2.0快6倍以上。USB與IEEE-1394 目前，常用的現(xiàn)場總線主要有以下幾種類型：基金會現(xiàn)場總線(Foundation Field bus，F(xiàn)F)、ProfiBus、CAN、DeviceNet、HART等。其中CAN(Controller Area Network)現(xiàn)場總線，即控制器局域網(wǎng)，因其具有高性能、高可靠性以及獨特的設計而越來越受到關注，被公認為

10、幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。5.1.3 CAN工業(yè)總線 CAN現(xiàn)場總線是在上世紀八十年代初，德國BOSCH公司為實現(xiàn)現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中眾多的汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，具有很高的可靠性，支持分布式控制和實時控制。 CAN總線在國外已有很多方面的應用，CAN總線已被廣泛地應用于汽車、火車、輪船、機器人、智能樓宇、機械制造、數(shù)控機床、各種機械設備、交通管理、傳感器、自動化儀表等領域。同時也成為了物聯(lián)網(wǎng)中廣泛應用的感知控制層的通信總線。 CAN總線屬于總線式串行通信網(wǎng)絡，與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的性能、可靠性、實時性和靈活性。其傳

11、輸速率最高可以達到1Mbit/s(40m)，直接傳輸距離最遠可以達到10km(傳輸速率在5kbit/s以下)。5.2 近距離無線通信技術 在物聯(lián)網(wǎng)中，經(jīng)常需要和物理空間較小范圍的感知層物聯(lián)網(wǎng)終端進行靈活的接入，實現(xiàn)感知控制層與網(wǎng)絡傳輸層的通信。這就需要采用一種非接觸式的近距離無線通信來承載信息的傳輸，目前能完成這樣功能的無線通信技術主要有藍牙(Bluetooth Technology)、紅外技術(Infrared)、超寬帶無線技術(Ultra-Wideband， UWB)、WI-FI技術(Wireless Fidelity, WI-FI)以及無線傳感網(wǎng)絡(Wireless Sensor Net

12、work)。這些近距離通信的技術廣泛應用在智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與抄表、智能交通與汽車、物流與追蹤、智能家居、金融與服務、智慧農(nóng)業(yè)、醫(yī)療健康、工業(yè)自動化與控制、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)所涉及的各個領域，并且成為了物聯(lián)網(wǎng)的基礎與核心技術之一。 藍牙技術具有功耗低、通信速率高、傳輸距離短、工作頻段不受限制、可靠性高、通信距離短、可靈活組網(wǎng)、自動搜索、成本低廉和技術成熟、應用范圍廣等特點。5.2.2 藍牙技術 藍牙技術具有功耗低的特點。由于藍牙在的鏈路管理器中有功耗管理功能，可以根據(jù)工作狀況對功耗進行有效的管理。在不通信時，系統(tǒng)自動進入休眠模式，來降低功耗。典型的藍牙通信峰值電流一般不超過30mA，低功耗藍牙峰

13、值電流不超過15mA。藍牙的三種類型的功耗分別為，遠距離藍牙發(fā)射功率為100mw (20 dBm)，典型藍牙發(fā)射功率為2.5mw(4dBm)，低功耗藍牙的發(fā)射功率為1mw(0dBm)。（1）功耗低 作為一種短距離無線通信技術，藍牙具有通信速率高的特點。低功耗的藍牙，其空中的傳輸速率可達1MbPs，實際有效數(shù)據(jù)傳輸速率可達200KbpS以上；高速藍牙空中的傳輸速率可達3MbPs，實際有效數(shù)據(jù)傳輸速率可達2.1MbPS。可見，不論低功耗藍牙、還是高速藍牙均可實現(xiàn)語音的實時通信，高速藍牙還可實現(xiàn)視頻傳輸。（2）通信速率高 藍牙工作在2.4 GHz的ISM波段，而全球大多數(shù)國家的ISM頻段范圍是在2.

14、4 2.4835 GHz，該波段是一種無需許可的工業(yè)、科技、醫(yī)學無線電波段，可以在此波段內(nèi)可以免費使用無線電頻段資源。因此，它的工作頻段不受限制。（3）工作頻段不受限制 藍牙采用跳頻擴普技術，可以降低受同頻的干擾影響，還由于載波頻率的不停跳變，使監(jiān)聽設備很難達到載波同步，而無法偵聽。另外，藍牙還結合多種糾錯技術，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿摺?藍牙網(wǎng)絡提供了三種安全模式：模式一，無加密；模式二，應用層加密；模式三，鏈路層加密。對于最高級別的模式三，它由四個要素組成，即48bit的設備地址BD_ADDR、128bit的藍牙鏈路密鑰、8128bit的不定長加密密鑰、128bit的隨機數(shù)RAND。同時，

15、藍牙協(xié)議有一套完整的密鑰生成機制，確保數(shù)據(jù)安全。（4）可靠性高 藍牙通信典型的通信距離為10m。但它是一種通信距離隨功率而變的通信技術。有100mW，25mW 和 1mW三個典型的發(fā)射功率。當發(fā)射功率為100mW時，其傳輸距離為100m；2.5mW時，為10m；1mW時，則為10cm。非常適合不同應用場合的短距離無線通信，尤其適用于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器的數(shù)據(jù)采集。（4）通信距離短 藍牙系統(tǒng)支持兩種通信模式，即點對點和點對多點的通信模式。可形成了兩種網(wǎng)絡拓撲結構：微微網(wǎng)(Piconet)和散射網(wǎng)絡(scatternet)。在一個 Piconet 中，只有一個主單元(Mater)，最多支持七個從單元(s

16、lave)與Master建立通信。Master靠4不同的跳頻序列來識別每一個slave，并與之通信。若干個Piconet 形成了一個散射網(wǎng)絡，如果一個藍牙設備單元在一個Piconet中，一個Master，而在另一個Pico net中可能就是一個slave。幾個Piconet可以連接在一起，依靠跳頻順序識別每個Piconet。同一Piconet的所有用戶都與這個跳頻順序向步。其拓撲結構可以被描述為“多Piconet”結構。在一個“多Piconet”結構中，在帶有10個全負載的獨立的Pico net的情況下，全雙上數(shù)據(jù)速率超過6Mbit/s。（5）可靈活組網(wǎng)、自動搜索 紅外線(Infrared)是

17、一種波長范圍在750nm至1mm頻譜范圍之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。任何物體，只要其溫度高于絕對零度(-273)，就會向四周輻射紅外線。物體溫度越高，紅外輻射的強度就越大。紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，即采用為0.75m至25m之間的電磁波波長進行無線通信的。5.2.3 紅外通信技術 1993年成立的紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(Infrared Data Association，IrDA)，為了保證不同廠商生產(chǎn)的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通信效果，IrDA制定的紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長的范圍限定在850nm至900nm之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會 由于

18、該通信方式是通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉化實現(xiàn)無線通信的，并且同時由于采用定向傳輸，這使得墻壁或其他不透明的物體對紅外信號得以隔離，因此，紅外通信具有極強的保密性 由于光是定性傳播的，因此，避免了常規(guī)無線電波之間的相互干擾 由于它的波長較短，頻率較高，因此其帶寬較寬，可以承載高速數(shù)據(jù)的傳輸 紅外通信設備結構簡單、成本低、耗電少，能進行高速數(shù)據(jù)通信 紅外通信設備比無線電波通信設備便宜、簡單得多紅外通信特點 低速模式(Serial Infrared , SIR)，通信速率小于115.2Kbps；中速模式(Medium Speed Infrared, MIR) , 通信速率為0.567Mb

19、ps 1.152Mbps；高速模式( Fast Speed Infrared，F(xiàn)IR)， 通信速率為4Mbps；超高速模式(Very Fast Speed Infrared，VFIR) ,通信速率為16Mbps。 根據(jù)紅外數(shù)據(jù)傳輸速度的不同按照紅外通信協(xié)議規(guī)定進行不同的編碼, 編碼方式依據(jù)紅外無線通信協(xié)議的標準進行的。通信速率 UWB是一種采用極窄的脈沖信號實現(xiàn)無線通信的技術，即脈沖無線無線電技術，它利用持續(xù)時間非常短（納秒、亞納秒級）的脈沖波形來代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳輸系統(tǒng)的連續(xù)波形，從而實現(xiàn)無線通信。 超寬帶信號使用絕對帶寬(Absolute Bandwidth)和分數(shù)帶寬(Fractional Ba

20、nd- width)兩個指標來進行判定。 FCC對UWB的定義是從信號帶寬的角度來描述無線電信號的，沒有指明具體的實現(xiàn)方式。目前常用的實現(xiàn)方式主要有脈沖無線電(Impulse Radio UWB，IR-UWB)和調制載波兩種。5.2.3 超寬帶無線通信技術 IR-UWB采用窄脈沖序列攜帶信息，直接通過天線傳輸，不需要對正弦載波進行調制，因而實現(xiàn)簡單，是UWB技術早期采用的方式。 調制載波通常采用多帶正交頻分復用(Multiband Orthogonal Frequency Division Multiplexing UWB, MB-OFDM-UWB)實現(xiàn)。 MB-OFDM-UWB把整個有效帶寬

21、分為最小帶寬不小于500MHz的若干子帶，采用OFDM技術實現(xiàn)，有利于實現(xiàn)低功率的高數(shù)據(jù)速率傳輸，適用于室內(nèi)短距離高速率傳輸?shù)膽脠龊稀Ｃ}沖無線電與調制載波 系統(tǒng)結構和硬件電路簡單：IR-UWB實質上是一個占空比很低的無載波擴頻技術。典型的IR-UWB直接發(fā)射脈沖串，不再具有傳統(tǒng)的中頻和射頻電路，這樣UWB信號可以看成為基帶信號。因此UWB系統(tǒng)結構較簡單，可以采用較簡單的硬件電路來實現(xiàn)。 具有較好的隱蔽性及較高的處理增益。UWB技術將信息符號映射為占空比很低的脈沖串，其功率譜密度很低，帶寬很寬，有較好的信號隱蔽性。脈沖無線電中的處理增益主要取決于脈沖的占空比和發(fā)送每個比特所用脈沖數(shù)目，很容易就

22、能做到比目前的擴頻系統(tǒng)高得多的處理增益；主要性能特點及技術優(yōu)勢 多徑分辨能力強：由于UWB無線電發(fā)射的是持續(xù)時間很短且占空比很低的窄脈沖，多徑信號在時間上是可分離的，可以采用高效能的Rake接收，充分利用發(fā)射信號的能量，實現(xiàn)在低功率下傳輸更遠的距離； 傳輸速率高。從信號傳播的角度考慮，UWB無線通信由于能有效的減小多徑傳播的影響，并且具有很寬的帶寬，從而可以實現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸。 空間傳輸容量大。IEEE802.llb的空間容量，即每平方米每秒的傳輸速率為1KbPs/平方米，藍牙的空間容量為30KbPs/平方米，IEEE802.lla的空間容量為83KbPs/平方米，而UWB無線通信的空間容量

23、為1000 KbPs/平方米。 與其它系統(tǒng)有良好的同頻段共存性 物聯(lián)網(wǎng)與信息融合具有非常密切的關系，物聯(lián)網(wǎng)中的各種感知設備就是多源信息的獲取設備，物聯(lián)網(wǎng)中的應用層的功能實質就是對多源信息的融合與決策。因此，信息融合成為了物聯(lián)網(wǎng)學科中必不可少的理論與應用工具。5.3 信息融合5.3.1 信息融合基本概念與原理 信息融合在不同研究領域和不同的融合處理準則方面有不同的定義。大體可以分為兩大類：一類認為信息融合是一種處理過程；另外一類則認為信息融合是一門技術或理論方法和工具。1 信息融合的定義 （a）信息融合是將多源信息或多個傳感器獲取的信息進行有目的的組合； （b）信息融合是由多種信息源（如傳感器、

24、數(shù)據(jù)庫、知識庫和人類本身等）獲取信息，并進行濾波、相關和集成，從而形成一個適合信息選擇達到統(tǒng)一目的（如目標識別跟蹤、態(tài)勢估計、傳感器管理和系統(tǒng)控制等）的表示構架； （c）JDL(Joint direction of laboratories，實驗室理事聯(lián)合會)面向軍事應用的定義，信息融合是一種多層次、多方面的處理過程，包括對多源數(shù)據(jù)進行檢測相關、組合和估計等，以提高狀態(tài)和特性的估計精度、實現(xiàn)對戰(zhàn)場態(tài)勢、威脅及其重要程度的實時完整的評價； （d）數(shù)據(jù)融合表述以有效、及時與可靠的統(tǒng)計，將多種不同的數(shù)據(jù)組合成一個一致的、精確的和智能整體的處理過程。（1）處理過程定義 （a）信息融合是一門技術，針對給

25、定的決策任務，可以有效組織與利用能夠獲得的多種信息資源，提供比只采用其中部分信息資源獲得更準確、更可靠、更協(xié)調、更經(jīng)濟與更穩(wěn)定的決策結果； （b）信息融合是一門解決來自多源數(shù)據(jù)與信息的關聯(lián)、相關和組合等的處理技術，以實現(xiàn)對研究實體的精確定位及其特性估計、并完整及時地證實其態(tài)勢與威脅及其意義； （c）信息融合是協(xié)同利用多源信息（傳感器、數(shù)據(jù)庫、人為獲取的信息）進行決策和行動的理論、技術和工具，旨在比僅利用單信息源或非協(xié)同利用部分多源信息獲得更精確和更穩(wěn)健的性能。一般人們認為這個定義可能更具有普遍性。（2）技術或理論方法和工具定義從功能上來說信息融合是感知、決策和有效的綜合集成、邏輯推理與學習、統(tǒng)

26、計分析、分布式網(wǎng)絡的層次融合處理和多傳感器感知、理解系統(tǒng)等。 信息融合從數(shù)學上來說是一個多變量決策問題。可將融合處理過程表述為：根據(jù)決策任務及其可以使用的多信息資源完成既定融合決策任務的處理過程。融合處理過程可以經(jīng)過一次或多次融合處理完成。 融合單元：將僅僅進行一次多變量的融合決策處理的過程稱為融合單元或融合結構單元。 融合結構：是多融合單元相互連接、協(xié)同工作、完成既定決策任務的一種處理結構安排。 為了實現(xiàn)融合結構中的一些融合單元之間的連接，有時還需至在處理決策過程中增加一些進行融合的其他類型處理單元。2 融合融合單元與融合結構 多源融合系統(tǒng)：如果系統(tǒng)的輸入本身就是多源信息，則可稱其為多源融合

27、系統(tǒng)。 實際上，信息融合的基本問題是圍繞融實際上，信息融合的基本問題是圍繞融合單元和融合結構展開的。每個融合單元合單元和融合結構展開的。每個融合單元都涉及三個最基本的組成部分：變量、決都涉及三個最基本的組成部分：變量、決策方法和決策結果。融合結構涉及融合單策方法和決策結果。融合結構涉及融合單元集成的結構形式、結構形式對決策處理元集成的結構形式、結構形式對決策處理要求及其結果的影響、特殊的融合結構形要求及其結果的影響、特殊的融合結構形式等。式等。 我們可以將信息融合簡單歸納為“干什么”和“怎么干”的問題。“干什么”涉及確定決策對象和決策目的；“怎么干”則涉及確定感知數(shù)據(jù)及其表述和確定決策方法等。

28、 如何進行信息融合(How)，和需要完成的決策任務及其可能使用的資源環(huán)境密切相關，這里涉及為什么要使用(why)、什么地方使用(where)、什么時候使用(when)和采用哪些基本技術與方法(which)等問題。前三個問題是如何針對具體應用需求確定總體技術方案，后一個問題是為了實現(xiàn)總體方案選擇哪些具體的技術。3 信息的融合處理設計信息融合處理一般流程 融合決策任務的表述：要對結定任務做出正式的表述，任務需求的定量表述、可以使用資源及其性能的定量表述、允許使用環(huán)境的定量表述等。 數(shù)據(jù)或信息匯集：包含對可使用傳感器和信息資源的部署及其相應管理的方法、以目標或事件為中心的數(shù)據(jù)和信息關聯(lián)的方法、單源與

29、多源數(shù)據(jù)和信息的特性與相互關系的分析與表述方法等。 融合處理過程結構與算法：是信息融合處理方案的核心問題。首先要考慮整個融合處理是一次完成還是分段集成完成的；其后要考慮實現(xiàn)整個融合處理的具體處理結構；隨后，要具體確定各個處理階段所需要使用的各種融合和非融合算法。 性能評估學習訓練：信息融合處理的最終目的是實現(xiàn)高精確和高穩(wěn)健的決策性能，它涉及性能評估模型與準則、學習訓練與試驗方法等方面的內(nèi)容。 “通過融合提高性能”貫穿整個信息融合過程，應從整個處理過程的最終決策結果看效果。因此，從獲取的多源數(shù)據(jù)和信息本身具有的不確定性開始，到系統(tǒng)結構與算法設計和數(shù)據(jù)與信息流程中不確定性的變化、到最終提供決策結果

30、為止，分析和提高融合的作用。 對給定的決策任務進行信息融合處理，需要多源信息的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)要涉及以下多個方面： 第一，是部署和搜集與決策任務相關的多傳感器和信息資源，將其匯集在一起，以適應研究實體的需求； 第二，將匯集的數(shù)據(jù)以目標和事件為中心進行關聯(lián)，以滿足針對目標和事件決策的需求； 第三，為了有效發(fā)揮不同信息源的作用，需要對涉及的數(shù)據(jù)和信息進行本身和相互關系的特性分析，以選取合適的組合應用方式； 第四，由于研究的對象和實體環(huán)境常常是處于動態(tài)環(huán)境，需要對數(shù)據(jù)的采集和組合進行動態(tài)的實時調度和管理，以提高整個融合系統(tǒng)的效能。5.3.2 信息融合數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)匯集是正確選擇、合適部署與有效管理傳感器系

31、統(tǒng)，獲取、匯總與決策任務相關的所有數(shù)據(jù)的分析處理過程，以完成針對具體決策對象的具體決策所需求的數(shù)據(jù)支持。 數(shù)據(jù)匯集的分析方法主要依賴于研究與應用實體和相應傳感器系統(tǒng)的表述；傳感器和多派信息系統(tǒng)部署及其管理；提出決策的用戶需求等。1 數(shù)據(jù)匯集 所謂實體是指需要研究相應用的某個決策對象的整體。實體可以是一個目標或事件，但一般情況下，實體常常含有多個目標和事件。 決策對象可能是單個目標或事件，也可能是實體的整體。我們將實體中的目標和事件統(tǒng)稱為目標。實際研究與應用中，可能包含多個決策對象，即存在由多個實體組成的一個實體集。2 實體與傳感器的表述 決策任務常常是在一個實體范圍內(nèi)進行的，一個實體范圍可能具

32、有多個決策任務，這多個具體的決策任務依賴于實體本身。只有有效感知實體的相關數(shù)據(jù)及信息，才能完成預定的決策任務。數(shù)據(jù)匯集就是要選擇和部署恰當?shù)膫鞲衅飨到y(tǒng)和其他信源，以滿足決策對數(shù)據(jù)的要求。 目標顯露的可觀測的量可能被某種傳感器感知到，但并不是說目標本身顯露的所有量都可以由某種傳感器直接完整地感知到。對于非顯露的目標屬性，可以通過對感知觀測量的后處理獲得。 匯集系統(tǒng)（或稱傳感器系統(tǒng)）對任務需求的滿足程度，需要定量分拆。要通過內(nèi)容的包容和匹配分析，了解實體中每個目標是否都能在要求的時空域中得到感知、感知的強度和感知的穩(wěn)定程度等。3 數(shù)據(jù)匯集的基本要求數(shù)據(jù)匯集的處理流程 傳感器管理(Sensor Ma

33、nagement，SM)通常指用某種形式或過程指定和安排傳感器工作時間表，以最佳方式滿足預定感知任務的需求。預定感知任務涉及對目標及其時空的具體要求，具有不同層次的決策需求、不同層次的處理優(yōu)先需求、整個工作期間時空與屬性的覆蓋要求等。最佳方式是指要充分而最優(yōu)地使用資源，滿足所有預定任務的及時完成。5.3.3 傳感器管理 對單傳感器，管理的內(nèi)容主要為模式、空間、時間和報告四個方面。 模式管理是針對具體對象，從可能采用的多種模式中，選擇可能的最佳模式，例如，開關機、傳感器工作模式，傳感器處理參數(shù)等。 空間管理是指為傳感器指定坐標系、選擇視野、確定感知模式、控制傳感器的參數(shù)、設置指定目標的參數(shù)等。

34、時間管理是指傳感器管理傳感器的工作時間和感知時間等。 報告管理主要為：基于目標屬性報告過濾，基于空間屬性報告過濾，指定目標的優(yōu)先級。單傳感器管理 對于多傳感器系統(tǒng)的管理內(nèi)容就要更復雜了。這里引出傳感器管理的一個更正式的表述：SM的功能是操縱、協(xié)調和集成傳感器應用，以保證具體的、高效的感知動態(tài)使命目標的實現(xiàn)。這里“操縱”是指在傳感器之上進行控制，“協(xié)調”是指最終要帶來傳感器的有效利用，“集成”是指將所有傳感器形成一個完成既定任務的傳感器簇或者組合所有傳感器的系統(tǒng)。多傳感器管理 SM的角色和功能可以分為低層、中層和高層三層控制。 Level1：為低層控制。涉及每個傳感器的單獨控制，如方向、指向、頻

35、率變化、功率層等。 Level 2：中層控制。更多集中在控制傳感器任務和需要的傳感器不同工作模式。SMs將任務分為優(yōu)先級，并確定何時與如何啟動一個模式。在這里，我們主要關心的是傳感器任務的時序安排，提示傳感器交接，傳感器模式變化過程等。 Level 3：高層控制。關注動態(tài)傳感器配置（如提供好的覆蓋）；有效的/最佳的傳感器組合等。數(shù)據(jù)融合的概念 傳感器管理系統(tǒng)主要由事件模型與預測、傳感器預報、目標優(yōu)先級、目標分配與控制、空間時間的控制和傳感器系統(tǒng)的整體控制與輸出等構成。 事件預報：根據(jù)當前事件、目標狀態(tài)等原則等進行工作，其目的是預測未來事件、儉測或證實期望的事件，采用的方法是動態(tài)觀測模型計算。

36、傳感器預測：根據(jù)傳感器的性能、傳感器實際狀態(tài)、時空覆蓋控制等進行工作，其目的是確定傳感器感知目標的能力與有效性，并產(chǎn)生目標分配給傳感器的配對可選方案。采用的方法是研究每個傳感器目標配對，利用評價傳感器效能專家矩陣方法考慮其基本能力與可用性，預測傳感器感知目標的效能值（傳感器與目標配對的預測效能值）。傳感器管理 目標優(yōu)先級處理：根據(jù)當前的目標狀態(tài)和未來的目標狀態(tài)，人為指定目標優(yōu)先等級，其目的是面向可能發(fā)生的未來事件的目標優(yōu)先等級排序。采用的方法為自主建立目標優(yōu)先級、協(xié)調建立目標優(yōu)先級、綜合計算優(yōu)先化因子、按準則排序扣協(xié)調排序等。 傳感器的目標分配：根據(jù)傳感器與目標配對的預測效能值和目標優(yōu)先級進行

37、工作。其目的是獲得將多傳感器分配給多個目標的最優(yōu)方案，或指定傳感器的觀測與監(jiān)視空間，實現(xiàn)總體感知件能最佳。 傳感器空間與時間作用范圍控制：根據(jù)任務模式、操作人員人工輸入相當前態(tài)勢進行工作，其目的是不丟失已發(fā)現(xiàn)的目標和搜索進入感知范圍新目標。采用的方法是分析傳感器組對整個時空范圍的感知能力，以完成決策任務性能指標，并以準則進行衡量。 分配目錄與控制：根據(jù)傳感器目標分配方案和時空控制指令進行工作，其目的是將傳感器目標分配方案轉換成操作傳感器工作的指令。 傳感器接口：根據(jù)傳感器目標分配指令，其目的是向融合系統(tǒng)外輸出控制指令，實現(xiàn)傳感器整體管理。 在無線傳感器網(wǎng)絡中，部署著大量的、稠密的無線傳感器節(jié)點，這些節(jié)點間相互協(xié)同來感知監(jiān)控區(qū)域。這些大量的節(jié)點中，相鄰的節(jié)點所采集的感知信息具有很大的相似性，由于無線傳感器網(wǎng)絡是與應用相關的網(wǎng)絡，因此它僅僅關心監(jiān)測的具體結果，而不是關心大量的監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)。所以在數(shù)據(jù)采集過程中可充分利用節(jié)點本身所具有的計算資源進行信息的融合處理。5.3.4 無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合 （1）去除信息的冗余