移动计算及应用开发技术PPT完整全套教学课件

移动互联网技术1-课程概述.pptx第1章概述.pptx 第2章无线网络技术.pptx 第3章无线定位技术.pptx 第4章移动开发环境.pptx 第5章界面开发.pptx 第6章资源管理.pptx 第7章数据存取.pptx 第8章消息与服务.pptx 第9章感知与多媒体.pptx 第10章系统与通信.pptx

课程介绍了解移动互联网的特点和发展趋势掌握移动互联网的基本概念、原理各种开发平台和工具移动应用程序的基本结构和设计方法概述无线网络技术无线定位技术移动应用开发课程介绍教学特点课堂示范与实践开发平台理论与实践相结合加深对移动互联网技术的基本概念、原理的认识和理解教材移动计算及应用开发技术移动计算技术，徐明，曹建农，清华大学出版社，2008移动计算，袁满等，哈尔滨工业大学出版社，2008移动计算，张德干，科学出版社，2009朱大勇2021年慕课（MOOC），移动计算及应用开发技术，朱大勇，中国大学MOOC，网址：/course/UESTC-1002777006教材辅导材料：/cnzdy/移动计算及应用开发技术朱大勇COMPUTINGANDPROGRAMMING2023年8月31日cn_zdy@126.com7目录第一讲概述第二讲无线网络技术第三讲无线定位技术第四讲移动应用开发第一章概述

简要介绍移动计算的基本概念8移动计算环境信息信号信道移动设备9任何时间、任何地点获取网络服务移动计算环境组成：由固定网络、移动网络、无线通信、笔记本电脑、PDA、手持电话以及移动着的用户构成通信发展历史声光到电磁19世纪10古代社会性动物军事应用近代现代当代古代蜂窝移动通信20世纪80年代移动通信+互联网20世纪90年代通信需要解决的问题11信息编码方便信息的存储、检索和使用；赋予信息以代码的过程距离载体运输安全方式能把信息更快地传递到更远的地方时效指在一定时期内能够发生的效用系统按照一定的次序组合在一起的结构可靠信号层面的安全，可靠传输提供了物理保障网络需要解决的问题

数据：计算模型12集中计算1960-1970主机/终端模式分布式计算1980-1990计算机网络的发展移动计算2000-至今无线通信技术的发展普适计算1991-至今智能技术的发展问题一13集中计算分布式计算1远程通信远程过程调用、分层协议设计、端到端参数配置等2容错与高可用性分布式事务、两阶段提交、负载均衡等3远程信息访问缓存、分布式文件系统、分布式数据库系统等问题二14分布式计算移动计算移动无线网络移动IP、无线组网、Adhoc、性能优化等网络环境下的计算代理技术、对带宽适应的无线访问、适应性资源管理等节点处于移动状态断接操作、数据一致性的选择性控制等思考移动计算的概念15Mobilecomputingisanumbrellatermusedtodescribetechnologiesthatenablepeopletoaccessnetworkservicesanywhere,anytime,andanyway.——ACM利用移动终端通过无线和固定网络与远程服务器交换数据的分布计算环境。C1特点1移动性2网络条件多样性3频繁断接性4网络通信的非对称性5移动设备电源能力和资源有限6传输的可靠性低16移动终端无线通信信息交互移动计算三要素信息交互一切通过介质的流通渠道18信息人类社会传播的一切内容媒体信息传播信息表示和传输的载体信息/信号/信道信息“A”数据0110编码信号调制信道信息“A”数据0110解码信号解调信息20传递的内容泛指人类社会传播的一切内容指音讯、消息、通讯系统传输和处理的对象信息是用来消除随机不确定性的东西（香农）21如何度量信息？信息是使我们了解到的事物未知的性质信息是对事件进行观测的结果，观测存在很多种可能的结果，出现这些结果的可能性是不同的通信中如何传递信息请吃饭炒菜的可能性50%(0.5)饺子的可能性25%(0.25)火锅的可能性25%(0.25)220111000110011…“今天吃火锅，…”接收信息吃炒菜？吃饺子？吃火锅？N次求解如何编码？炒菜=11

饺子=00

火锅=01节约传输成本？炒菜=1

饺子=00

火锅=01比较短的代码来表示可能性较大的情况传输之前，根据可能性判断可能会收到多少位代码？期望值L=0.5*1+0.25*2+0.25*2=1.523编码问题如果：炒菜=00，饺子=1，火锅=01期望值：L=0.5*2+0.25*1+0.25*2=1.75猜测1）无论怎么编码，码长期望值有一个最短界限2）考虑是否将码长的期望值作为信息的度量24压缩信息相同的信息量古代诗歌“静夜思”“喊你赶紧回家吃饭”使用最少的比特位为什么需要压缩信息？与载体有关压缩极限？随机信号有一个不可再降低的复杂度，低于该值，信号无法压缩“吃饭”ClaudeElwoodShannonClaudeElwoodShannon克劳德·艾尔伍德·香农1916年4月30日—2001年2月24日美国数学家、信息论的创始人1941年进入贝尔实验室工作提出信息熵的概念，为信息论和数字通信奠定了基础信息是对事件进行观测的结果单个信息度量（自信息量）随机变量、信源的不确定性信息熵27单个信息信息量权重熵：随机变量不确定性的度量练习已知字母A、B、C、D、E、F出现的频率如下：A——30％，B——25％，C——20％D——10％，E——10％，F——5％构造编码，使传输二进制位最少哈夫曼树带权路径长度最短的二叉树2829信号是运载消息的工具声信号、光信号和电信号等信号载体载体——声波声音30物体振动产生的声波，通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象需要三个要素：频率、响度、音色。频率周期振幅单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量频谱33傅里叶(1768-1830)男爵，法国数学家、物理学家1798年随拿破仑远征埃及时任军中文书和埃及研究院秘书，1817年当选为科学院院士猜想：任何周期函数，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加Fourier基音与泛音声音由发音体发出的一系列频率、振幅各不相同的振动复合而成的基音这些振动中有一个频率最低的振动泛音其他不同频率（振动的速度）的声音特点泛音都比基音的频率高，但强度都相对较弱；泛音的组合决定了特定的音色，并能使人明确地感到基音的响度声波作为载体的问题距离是传输的根本问题声波频率低、传输距离有限载波频率高、传输距离远载波36长波地波，沿着地球表面传播，用于海上、水下、底线的通信300kHz以下中波地面传播，用于广播和导航，中波广播一般采用调幅300kHz～3MHz短波电离层反射的天波传播，用于应急、抗灾、和越洋通信3～30MHz微波射频的较高频段，穿透、反射、吸收，现代多路通信300MHz~300GHz……模拟信号转数字信号Why？37ADC0110010001ADC0110010001信号传播距离有限，模拟信号放大后失真MemoryDSP0110010001采样奈奎斯特采样定理模拟信号以规则时间间隔采样，当采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息38量化采样后的脉冲信号仍然是模拟信号采样点在“数值”上仍然是连续的值39如何量化40Ts02Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts量化误差实际值量化值mq量化练习：编程实现将学生的百分制成绩转换为五分制成绩A：≥90分B：80～89分C：70～79分D：60～69分E：～60分思考：如何将比特流嵌入电磁波？问题思考：如何把离散的信息转变为模拟的信号以便在空中传播？42调制幅移键控AmplitudeShiftKeying频移键控FrequencyShiftkeying相移键控PhaseShiftkeying拟合43信道：传送通道传输（运输）过程中存在哪些问题？信道容量信道上可以被传输的最大速率如何测算？概念（比特率）在数字信道上传送数据的速率bit/s(bps)（频率通带）信道的信号下限频率和上限频率(Hz)数据率带宽信道容量（速率）信道上可以被传输的最大速率bit/s(bps)理想情况无噪声信道46奈奎斯特定理Cmax=2×B×log2L带宽信号电平的个数信道容量（bps）实际情况有噪声影响47车速STOP如何衡量信道质量？今天能开多快？信道质量好坏Signal-to-NoiseRatio48SNR=信号功率（S）噪声功率（N）单位：分贝（dB）10log10（S/N）dB和dBm表征相对值的值（表示两个量的相对大小关系）490dBm=10log1mw30dBm

-

0dBm

=

30dBdBdBm表示功率绝对值的值（1mW功率为基准的一个比值）计算香农定理50只要信息传输速率小于信道容量，就存在一类编码，使信息传输的错误概率可以任意小Cmax=B×log2(1+S/N)（bps）带宽信噪比安全性符以铜版或竹木版制成，面刻花纹，一分为二，以花纹或尺寸长短为秘密通信的符号51烽火台存储与转发广播、光通信、无线、数字化通信方式阴符软件管理和控制嵌入式系统硬件与软件资源的计算机程序硬件嵌入式设备芯片移动设备硬件处理器CISCComplexInstructionSetComputer指令由完成任务的多个步骤所组成，台式计算机系统的基本处理部件RISCReducedInstructionSetComputer所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的协处理器Coprocessor一种芯片，用于减轻系统微处理器的特定处理任务TypeASIC|DSP|NP|FPGA|…芯片架构54PowerPC20世纪90年代，IBM、Apple、Motorola开发MIPSARM尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题低功耗成本的一款RISC微处理器ARM处理器采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器体积小、低功耗、低成本、高性能广泛地使用在许多嵌入式系统设计英国Acorn有限公司嵌入式RISC芯片内核的设计公司首创了chipless的生产模式移动处理器手机处理器骁龙820三星Exynos8890MTKX25麒麟955……采用ARM核心树莓派（RaspberryPi）英国剑桥大学Eben·Upton为项目带头人卡片式电脑为学生计算机编程教育而设计基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为硬盘移动终端读卡器笔记本手机智能表……操作系统分时系统调度程序计算并控制进程的优先级Windows|Linux|Unix实时系统限定时间内执行完所要求的功能限定时间内对外部事件作出相应VxWorks|嵌入式Linux|WinCE|Symbian手机操作系统Symbiansymbian2008年诺基亚收购2011年放弃Symbian品牌2013年，微软收购诺基亚实时性、多任务微内核系统严格控制内存泄漏抢占式多任务调度为什么会被淘汰？iOSiPhoneOSX2007年1月9日Macworld大会上公布该系统类Unix的商业操作系统2010WWDC大会上宣布改名为iOSAndroid基于Linux自由及开放源代码的操作系统Google以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码2008年9月，谷歌正式发布了Android1.0系统开发AndyRubinGoogle收购2011.102009.52009.92009.102010.12010.122011.51.5Cupcake1.6Donut2.0Eclair2.2Froyo2.3Gingerbread3.0,3.1,3.2Honeycomb4.0IceCreamSandwich20145.0Lollipop20156.0Marshmallow20167.0Nougat20178.0？Android版本BlackBerryOSResearchInMotion专用操作系统无线传感器操作系统TinyOSUCBerkeley开发开放源代码操作系统嵌入式无线传感网络基于构件的架构设计低功耗无线设备设计应用于传感器网络、普适计算、个人局域网、智能家居和智能测量等领域12345小结个人化时代1978年-1996年贝尔实验室发明了蜂窝移动通信系统移动通信开始全球普及无线通信走向个人化、移动化、公众化、小型化宽带化时代1996年-至今1996年以宽带化为特征的3G标准开始制定3G普及，LTE/IMT-Ad无线通信的宽带化、多媒体化、IP化、多层接入化移动+计算68随时随地网络接入信息处理无线网络技术采用无线通信技术实现的网络目录无线信道没有有形的连接1个域网近距离无线通信2局域网以太网的无线扩展3广域网移动通信的一次革命4移动管理随时、随地访问Internet57071修一条路到底有多难？无线电波传播发射源所发射的无线电波通过自然条件下的媒介到达接收天线的过程称为无线电波传播无线信道73路径损耗基站天线、移动用户天线之间的传播路径123多径传播复杂的无线电波传播环境13有限资源有线的资源是无限的，而无线的资源是有限的道路特性路径损耗大尺度效应长距离上信号强度的缓慢变化信道路径上固定障碍物74如何计算路径损耗？假设发射天线为各向均匀辐射只存在电磁波能量扩散引起的传播损耗Pr=p(d)Ar辐射PtdArdd自由空间传播损耗模型自由空间传播球面面积发射天线增益波长损耗多径传播79电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射小尺度效应80反射波直射波散射波阴影衰落阴影衰落电波传播损耗预测模型方法：收集、分析、测试数据归纳出基于不同环境的经验模型82确定传播环境的主要因素01建立经验传播模型02传播模型校正：使传播模型适应新的无线传播环境03室外传播模型室内传播模型Okumura-Hata模型COST-231Hata模型CCIR模型LEE模型COST231WI模型有限资源战略资源83频率的稀有性资源的独占与共享如何覆盖8420世纪70年代贝尔移动系统几千km2十几个用户同时通话空分复用85缩小的空间由于电磁波传播损耗，提供足够的隔离度相隔一定距离，重复使用同一组工作频率小区制原理1/覆盖地区划分为若干个小区2/一个基站服务本小区内用户3/频率复用1974年贝尔实验室在相邻小区使用不同的频率在较远小区采用相同的频率蜂窝同一个小区簇内，要使用不同的频率12不同的小区簇间使用对应的相同频率如何共享频带资源在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样将若干个彼此无关的信号合并为一个复合信号，然后在共用信道上进行传输，在信号的接收段将复合信号分离，然后发送给每一个接收端多址接入多路复用鸡尾酒晚会89FDMAFrequencyDivisionMultipleAccess一条传输介质多个频率信号TDMATimeDivisionMultipleAccess一条物理信道分成若干时间片CDMACodeDivisionMultipleAccess不同的编码区分各路信号香农定理再论有限资源90传输相同速率的信号如何提高传输速率？信噪比一定：带宽越大，传输速率越高带宽既定：信噪比越高，传输速率越高Cmax=B×log2(1+S/N)（bps）91如何实现短距离通信？提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术移动设备间的小范围连接，因而本质上说它是一种代替线缆构建通信系统个域网声波蓝牙UWB(超宽带)Zigbee

RFIDNFC声波93低于20Hz的声波为次声波20Hz~20kHz的声波称为可听波20kHz~1GHz的声波称为超声波大于1GHz的声波称为特超声或微波超声频率的高低（音调高低）频率高的音调就高女高音的可达1200赫兹200赫兹以下的低频音200-6000赫兹的中频音6000赫兹以上的高频音频率声波通信用单频率声音信号对数据进行编码播放这些单频率声音接收方在收到声音后，识别出频率根据频率解码出数据原理1324框架软件编码解码95硬件发送：扬声器接收：录音设备1500HZ的正弦波对应数字11600HZ的正弦波对应数字21700HZ的正弦波对应数字3数字串1132就对应4段正弦波，规定每段正弦波持续100ms载体：声波码本声波支付96作为握手和对接使用客户我的账户是25632563账户扣款57元123应用97声波支付声波雷达声波分享数据传输古代战争中战鼓就是一种声波传输敲击方式代表着进攻、退兵等等战法方式就是其音频协议叫叫传图问题98数据编码为声波信号进行传输来实现近距离的点对点通信一对多？安全？干扰？红外线99InfraredRadiationWilliamHersche1738年11月15日—1822年英国天文学家，古典作曲家，音乐家恒星天文学的创始人，被誉为恒星天文学之父基本原理100波长：0.76-400微米载波：38kHz01020304信号送给红外发射电路信号在空中传输调制转变为红外光信号接收电路解调还原数据编码技术特点101在电磁光谱里仅次可见光，不受无线电管理部门的限制视距传输体积小功率低应用IrDAInfraredDataAssociation102红外无线局域网（InfraredWirelessLAN)是一种采用波长小于lum的红外线作为传输媒介的无线局域网家庭办公室数据传输速率快、安全性较高、设备价格相对便宜其传输距离和覆盖范围很小，覆盖范围限制在室内1994199820102016蓝牙问题：短距离、低成本的无线传输（10m之内）103爱立信公司于1994年创制IEEE802.15.1蓝牙技术联盟蓝牙4.0+BLE蓝牙5.0传统蓝牙技术、高速蓝牙和低功耗蓝牙结构104低功耗设备单模设备只支持低功耗蓝牙双模设备支持经典蓝牙又支持低功耗蓝牙蓝牙主机BluetoothHost蓝牙模块BluetoothModule应用程序Application高层协议HighLayer主机控制接口HCI主机控制器HostController链路管理LinkManager基带与链路控制Baseband&LinkController射频Radio蓝牙音频audio技术频段2.4GHz的工科医（ISM）频段速率1Mb/s（V2.0以上版本）载频(2402+k)MHz（k=0,1,2,…,78）收发采用TDD时分双工方式问题106同频干扰无用信号载频有用信号载频相同鱼雷防止信号干扰确保鱼雷不偏离目标海蒂·拉玛Allcreativepeoplewanttodotheunexpected.电影往往限于某一地区和时代，而技术是永恒的。HedyLamarr跳频技术钢琴键盘上每个音符的频率不相同高速跳频（FH，FrequencyHopping）明星海蒂·拉玛音乐家乔治·安太尔工作方式链路层建立信道109广播告诉别人自己的存在扫描收到广播，发起连接请求建立用数据通道通信……主从设备微微网RadioFrequencyIdentification110RFID辐射到空间的电磁频率300KHz～300GHz之间非接触式的自动识别技术电子标签系统结构标签解读器天线有无电源112PassiveTagActiveTag体积比较轻薄、短小，并且拥有相当长的使用年限，感应的距离较短价格较高，因内建有电池，所以体积比Passivetag大，较长的感应距离主动式被动式NFCRFID演变而来短距离的高频无线通信在20cm距离内13.56MHz频率范围天然的安全性NearFieldCommunication12345工作模式114卡模式（Cardemulation）采用RFID技术的IC卡点对点模式（P2Pmode）短距离数据交换读卡器模式(Reader/writermode)作为非接触读卡器使用对比115双方设备主从关系RFID通信方式NFC双向的识别和连接低频、高频、超高频只是限于13.56MHz频段距离小于10cm从几米到几十米工作模式应用整合进一块单芯片有阅读器和标签组成生产、物流、跟踪、资产管理门禁、公交、手机支付116如何在办公室和家庭中实现短距离传输？局域网Internet拓扑结构扩展服务集（ExtendedServiceSet）基本服务集（BasicServiceSet）BSSID基本服务区（BasicServiceArea）ESSID一个BSS漫游到另一个BSSWIFI119802.11无线LAN1999802.11a1999802.11b5.8GHz54Mbit/s5GHz11Mbit/s2001802.11g2.4GH/5.8GHz22～54Mbit/s2004802.11n540Mbit/s2.4GH/5.8GHz数据链路层120DataLinkLayerLogicalLinkControlSublayerMediaAccessControlSublayer分配有限的无线通信资源802.11MAC协议DistributedFoundationWirelessMediaAccessControl点协调功能PCFPointCoordinationFunction分布协调功能DCFDistributedCoordinationFunctionCSMA/CA+ACK结合协调点/轮询机制CSMA/CA解决的问题122实现无线信道的共享A？B？如何通过载波侦听确定无线信道的状态为了减少碰撞，用什么样的无线信道访问机制DCF工作方式下，节点在侦听到无线信道忙之后，采用CSMA/CA机制和随机退避时间，实现无线信道的共享CSMA/CD123载波侦听CarrierSenseMultipleAccess冲突检测CollisionDetectionCSMA/CA124信号衰减A和C无法相互监测到对方的传输为什么不能进行冲突检测？ABC隐藏终端问题ABC冲突避免CSMA/CollisionAvoidance125S空闲RTSRequestToSend（收发地址、下一数据持续发送时间等）RCTSClearToSend（持续发送的时间）预约信道……指示其他站点在预约期内不要发送CTS1发送数据包ACK退避（BEB）算法进行冲突避免链路层确认126源目的DIFS（DistributedInter-FrameSpace）SIFS（ShortInter-FrameSpace）DATAACK解决隐藏终端问题IEEE802.11解决方案RTS/CTS协议设置传送上限字节数一旦待传送的数据大于此上限值时，即启动RTS/CTS握手协议RTS/CTS握手协议ABC1.A向B发送数据时，先发送控制报文RTS(Requesttosend）2.B接到RTS后，以CTS(Cleartosend）控制报文回应3.A收到CTS后向B发送报文（如果A没收到CTS，A认为发生了冲突，重发RTS）隐藏终端C能听到B发送的CTS，知道A要向B发送报文，C延迟发送，解决了隐藏发送终端的问题4.B接收完数据后，即向所有基站广播ACK，所有基站又重新可以平等侦听、竞争信道CSMA/CAvsCSMA/CD129（1）载波检测方式传输介质不同，检测方式也不同（2）信道利用率CSMA/CA协议信道利用率低于CSMA/CD协议信道利用率问题工业现场：高可靠，抵抗各种电磁干扰蓝牙缺陷：太复杂、功耗大、距离近、组网规模太小一种低速短距离传输的无线网络协议需要ZigBee基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里010302特点覆盖数量ZigbeeZigBee路由器温度传感器ZigBee终端节点继电器ZigBee终端节点……传感器ZigBee协调器RS232结构133应用应用接口网络层数据链路层MAC层物理层用户ZigBee联盟IEEE802.15.4高层802.2LLCSSCSMAC子层物理层UWB技术最初为军用雷达技术美国FCC于2002准许进入民用领域无载波通信技术超高速的短距离无线接入技术特点抗干扰性能强，传输速率高，系统容量大，发送功率非常小应用探测地雷、检测地下埋藏的军事目标，精确测距，金属探测，新一代WLAN和无线通信如何实现远程无人监控？WirelessSensorNetwork，WSN三项技术整合微机电系统数字电子技术无线射频通信技术传感器

二十世纪70年代

“热带树”传感器无线传感器二十世纪80年代至90年代综合多种信息的传感器网络无线传感器网络21世纪开始至今智能化、网络传输自组织、节点设计低功耗数据采集标量数据温度、湿度、位置、光强、压力、生化等多媒体信息视频、音频、图像等输入量是某一被测量物理量，如长、热、力、电、时间、频率等化学量、生物量等传感器测量装置，完成检测任务有一定的精确度 输出量是某种物理量便于传输、转换、处理、显示等气、光、电量手机传感器三轴加速度计+三轴陀螺仪方向感应器距离感应器+光线感应器网络节点传感单元传感器和模数转换功能模块组成处理单元由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等通信单元由无线通信模块组成电源部分其它功能单元定位系统、运动系统以及发电装置等节点内部结构感知控制传输传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能传感器信号调制电路射频模块A/D转换器微处理器电池、电源管理电路存储器网络结构Internet控制中心传感器节点Sink节点信息处理中心接入方式单跳方式移动主机与固定基站的距离不能超过无线发射设备的发射半径手机、无线网卡等多跳方式移动主机与固定基站的距离可以超过无线发射设备的发射半径自组网节点InternetInternet组织方式144协作感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息实现对任意地点信息在任意时间的采集，处理和分析自组织利用移动终端的路由转发功能，在无基础设施的情况下进行通信平面网络结构所有节点为对等结构，具有完全一致的功能特性传感器节点分级网络结构骨干节点一般传感器节点上层下层Mesh网络结构规则分布的网络结构，通常只允许节点和节点最近的邻居通信4×4Mesh网络分级网络软件架构军事应用环境监测医疗卫生物流仓储系统管理系统安全无线传感器网络应用程序应用支撑技术无线传感器网络操作系统中间件……存在问题可扩展性节点数目高出Adhoc网络节点数目几个数量级能量受限协议设计时是主要考虑目标之一健壮性节点受损的概率远大于传统网络节点，拓扑结构变化高密度部署，网络拓扑结构变化快能量问题150无效能耗来源151空闲监听射频模块处于活动状态能量消耗的最主要来源数据冲突两个或多个节点在同一时间段向同一个节点发送数据包串扰节点广播范围内的节点可能接收到发向其他节点的数据控制开销MAC层协议需要节点相互之间交换控制信息S-MAC协议（SensorMAC)需求传感器网络的节省能量需求设计目标提供良好的扩展性，减少节点能耗适用条件数据传输量不大网络内部能够进行数据的处理和融合以减少数据通信量网络能容忍一定程度的通信延迟设计153ABCD采用虚拟载波侦听、RTS/CTS握手机制以及随机退避访问信道的方式避免碰撞和串音通过消息分割减少控制消息的开销周期性侦听/睡眠的低占空比的工作方式邻居节点形成虚拟簇，簇内采用一致的睡醒时间表周期性侦听和睡眠机制将时间分为帧，帧长度由应用程序决定帧内分监听工作阶段和睡眠阶段监听/睡眠阶段的持续时间根据应用情况进行调整当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量节点缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送ListenListenSleepSleepTime周期性的侦听和睡眠155SYNCDATASLEEP（ifnotransmissions）SYNCDATASLEEP（ifnotransmissions）ListenIntervalSleepInterval每个节点使用SYNC消息通告自己的调度信息，同时维护一个调度表，保存所有节点的调度信息SYNC分组包括：源节点的地址、下一次睡眠时间同步机制156020103侦听时间接收到其他节点的调度信息，将自己的调度信息调整和其他相邻节点一致，经过一段随机的时间广播自己的调度信息节点在侦听时间收到的调度信息不一致时，可选择将自己的调度信息调整为和第一个接收到的邻居节点的调度信息一致，并记录其他邻居节点的调度信息如果在侦听的这段时间没有接收到任何节点发送来的调度信息，则自己产生一个调度信息，并进行广播当节点进入工作时：先侦听一段固定时间流量自适应监听157多跳通信节点的周期性睡眠会导致通信延迟的累加一次通信过程中通信节点的邻居在此次通信结束后唤醒并保持监听一段时间这段时间收到RTS帧，可立即接收数据，不需要等到下一个监听周期，减少了数据传输延迟串扰避免158物理载波侦听虚拟载波侦听RTS/CTS通告机制防止了冲突，解决了隐藏节点的问题解决了串音问题RTS(RequestToSend）CTS(ClearToSend）ACK(Acknowledge）DATA虚拟载波侦听159每个数据包中都包含一个持续时间指示值持续时间指示值表示目前这个通信需要持续的时间其他节点从持续时间域知道在多长时间内不能发送数据NAV被看成一个计时器当NAV的值不为零时，节点应该进入睡眠状态来避免串音当NAV变为零时，它就马上醒来，准备进行通信NAV表示邻居节点的活动时间消息传递160短消息利用RTS/CTSDATA／ACK机制进行发送长消息问题如果传输中消息损坏（可能几个比特）需要重传，造成能耗、延迟如果分成多个较短而独立的数据包传递，增加大量的控制开销长消息装入一个数据包后消息传递161分片4ACK发送者分片3分片2分片1RTS接收者ACKACKCTSRTS的NAVCTS的NAV节点为整个传输预留信道，当一个分段没有收到ACK响应时，节点便自动将信道预留向后延长一个分段传输时间，并重传该分段特点优势与IEEE802.11相比，具有明显的节能效果扩展性良好，不要求严格时间同步一般仅考虑发送节点的问题，较少顾及接收节点162不足节点活动时间无法适应负载的动态变化节点休眠带来的时延，吞吐量下降边界节点能量消耗过快减少延迟-自适应侦听163侦听到邻居节点的传输，则根据侦听到的RTS或CTS消息，判断此次传输所需要的时间节点在进入睡眠之前醒来一小段时间（称为自适应侦听间隔）相应的时间邻居节点的此次传输就可以立即进行，而不必等待此次传输的下一跳节点没有侦听到任何消息，则该节点立即返问睡眠状态，直到调度表中的侦听时间到来自适应侦听间隔时间内无线传感器网络应用010203空间探索领域军事领域环境监测和保护监控与故障诊断智能农业智能家居医疗健康与监护智能交通系统智能仓储物流智慧城市特征自组织寻找邻居节点多跳传输方式节点随时加入和退出分布式网络由若干节点共同完成抗击毁能力强节点平等没有优先级之间的差别具有相同的通信能力可靠性要求高信道容易受到干扰、窃听保密性能差165特征节点资源有限电源能量通信能力计算存储能力有限网络规模大网络覆盖范围很大部署密集时效性在一定时间内及时送达观察者或是数据处理中心对可能发生的事故和危险情况进行及时预告和提醒166如何临时快速自动地组建移动网络？战场地震水灾AdHoc发展历史1972年1991年1994年1996-2000美国DARPA启动分组无线网项目，研究分组无线网在战场环境下的应用IEEE802.11标准委员会采用了“Adhoc网络”来描述这种特殊的对等式无线移动网络DARPA启动全球移动信息系统项目WINGs研究项目多跳、移动环境下支持实时多媒体业务的高速分组无线网络IETF1997年成立MANET工作组，利用多跳无线网构造基于IP的移动互联网Adhoc网络一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的、临时性的自治网络系统Multi-hopNetworkInfrastructurelessNetworkSelf-organizingNetwork不需要使用通讯基础设施每个节点既是终端也是路由器移动自组织网络与无线传感器网络MobileAdHocNetwork（MANET）vsWirelessSensorNetwork（WSN）约束WSN节点在能量、计算能力和内存上严重受限移动性WSN不需要具有移动性MANET具有高度移动性成本WSN采用低成本设计，节点易于失效MANET节点具有强大的计算能力节点数量WSN节点数比MANET高几个数量级隐藏终端问题一个终端位于接收者的通信范围之内，而在发送者的通信范围之外ABC基站A向基站B发送信息，基站C未侦测到A也向B发送，故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突用握手方法可以解决（RTS/CTS）隐藏终端发送者两种隐藏终端172隐藏发送终端C向B发数据时为A的隐藏发送终端隐藏接收终端ABC用握手方法可以解决（RTS/CTS）两种隐藏终端173在单信道条件下延迟发送（C不能发送任何信息）隐藏接收终端C接收时为D的隐藏接收终端123RTSCTSRTS节点覆盖范围4ABCD暴露终端问题在发送节点的覆盖范围内而在接收节点的覆盖范围外的节点C为AB的暴露终端发送节点接收节点B向A发送数据1.C只听到RTS控制报文2.C向D发送RTS控制报文3.D发送CTS控制报文D的CTS会与B发送的数据报文冲突，C无法和D成功握手，它不能向D发送报文暴露发送终端ABCD暴露终端问题在单信道下D要向C发送数据D的RTS报文会与B发送的数据报文在C处冲突C收不到来自D的RTSD也就收不到C回应的CTS报文暴露接收终端发送节点接收节点C为AB的暴露终端ABCD原因及影响电台的频率和发射半径都比较低信号易受噪声、信道衰落和障碍物影响移动节点的通信距离受到限制造成网络时隙资源的无序争用和浪费增加数据碰撞的概率，影响网络的吞吐量、容量和数据的传输延迟隐藏终端使接收端无法正确接收数据暴露终端降低了信道的利用率原因影响解决在单信道条件下使用控制报文的方法能解决隐发送终端无法解决隐接收端和暴露终端问题双信道方法用数据新到收发数据，利用控制信道收发控制信号路由表路由表……………………网络路由修改现有的有线网络路由协议，应用于自组网环境，采用“时间驱动”，“事件驱动”基于按需（ondemand）路由发现的路由原则设计路由协议（节点发现没有去往目的节点的路由时，按需发起路由请求）基于QoS路由，选择一条最有可能满足用户QoS的路由三种设计思路AdhocOn-demandDistanceVector1997年由Nokia研究中心的CharlesE.Perkins和加州大学ElizabethMichelleRoyer提出ADSR的按需路由发现和路由维护DSDV的逐跳路由、顺序编号、路由维护周期更新B支持组播、QoS，不支持单向信道使用IP地址，便于同Internet连接C工作原理RREQRREQRREPRREP源节点目的节点中间节点RREQ判断：有去往目的节点的比较新的路径我就停止转发RREQRREP源向目的发送RREQ源节点在网络中查找目的节点RREQ现在还没有到目的节点的路径（或者原有的路径已经失效）RREQ增加跳数字段判断：没有路径或路径陈旧记录去往源节点的路径路由表……向所有邻居广播RREQ源节点……路由表路由表RREQRREQ………………广播收到同一源节点的RREP后到的RREP中包含了更高的目的序列号或有相同序列号，且经过的跳数较少RREP目的向源发送RREP……单播RREQ更新路由，并转发RREPAODV的路由维护源节点移动向目的节点重新发起路由发现目的节点移动发送一个特殊的RREP－RERR分组到那些受影响的源节点中间节点通过周期性发送的Hello分组确保链路的对称性，当检测到链路失效时，启动路由维护过程中间节点的路由维护过程源节点目的节点1234源节点目的节点1234RERRAODV协议的特点01基于传统的距离向量路由机制，简单、易懂02支持中间节点应答，源节点快速获得路由，有效减少广播数节点只存储需要的路由，减少了内存的需求和不必要的复制快速解决活跃路径上的断链，通过使用序列号避免路由环路03网络具有可扩充性189如何实现全球通信？GlobalSystemforMobileCommunication解决覆盖范围蜂窝网络190蜂窝系统的整体结构191基站子系统网络子系统移动台问题1921呼叫2寻呼4鉴权3移动5时间同步问题一：手机如何确定与连接？193基站，你在哪里？我在这里！！！广播194基站不同基站使用不同的频率广播手机按信号的强度从最强信号开始逐一检查召集大家当地景色游览时间……收听广播广播消息195频率校正信号同步信号基站的标识空中接口的结构参数使用哪些频率属于哪个位置区选取小区的优先级……问题二：移动网络如何找到手机?196张**，你在哪里？寻“机”启事张**，你在哪里？……………………寻找的局部化197建立一整套的寻找机制1局部化无线网覆盖范围划分为若干位置区2广播侦听获知位置区上报自己所在位置3位置变更收到变更消息记载到位置寄存器中我我在北京收到呼叫请求查找位置寄存器，确定当前手机所在位置区198中心局将被叫请求发送到给位置区的所有基站基站对手机进行寻呼我刚才他说他在哪里？123问题三：移动终端的移动性切换199如何切换（Handover）硬切换200软切换在保证通信不间断的前提下，把通信的信道从一个无线信道转换到另一个无线信道的功能终端切断与原来基站的联系更改频段，接入新的基站移动台与原基站和新基站都保持通信链路当移动台在新的小区建立稳定通信后，才断开与原基站的联系问题：切换过程中通信会发生瞬时的中断问题四：如何鉴别合法用户？201鉴权算法A3SRES固定值IMSIki核心网ACU(IMSI,SRES)国际移动用户识别码SIM卡信息可能被窃听拦截电磁波，窃取IMSI和SRES202kiRAND鉴权算法A3Kc0101111010011101010……加密后的比特流密钥算法A8SRES密钥问题五：如何校对时间203TD基站之间为什么必须同步？基站（与手机在不同的时隙）：发射下行信号接收手机信号同步校对时间的过程204如果相邻基站没有精确同步那么收发时隙可能会错位GPS校准时钟AB相同的频率？蜂窝系统的发展历史1980s1GNAMTS（1979日本）NMT（1980北欧）AMPS（1983美国）TACS（1985英国）<10kbps1990s2GGSM（1992欧洲）IS-54（1991北美）PDC（1993日本）IS-95（CDMA，1993美国）<200kbps2015--4GIMT-Advanced100Mbps-1Gbps2000s3GWCDMA（欧洲、日本）CDMA-2000（北美）TD-SCDMA（中国）300kbps-10MbpsLTE（LongTermEvolution)用户移动维持正在进行的网络连接移动节点的地址始终保持不变网络层观察用户的移动在无线接入网中移动在接入网之间移动，并保持连接解决方式208永久的地址(Home)问题：如何与经常搬家的人保持联系找人移动IP技术移动节点通过一个永久的IP地址连接到任何链路上，在全世界内漫游移动主机在切换到新的链路上时，仍然能够保持正在进行的通信IP地址不仅标识一个主机，也表示这个主机的物理位置所有移动节点与代理服务器通过无线方式一跳互连移动IP体系结构Internet外地网络家乡代理外地代理移动代理家乡代理HA（HomeAgent）外地代理FA（ForeignAgent）位于外地所访问的网络上的路由器为移动节点的注册过程提供路由服务将家乡代理通过隧道发来的报文拆封后转发给移动结点对移动节点发出的报文，提供路由服务节点位于家乡（本地）链路上的路由器当节点离开家乡网络时，负责把发往节点的分组通过隧道转发给移动节点地址家乡地址HA（HomeAddress）每个节点在家乡链路上拥有的一个“长期有效”的IP地址移动节点的永久IP地址转交地址CoA（Care-ofAddress）节点离开家乡链路后，被赋予的反映当前链路接入点的临时地址通常是外地代理FA的IP地址与移动节点的家乡地址具有相同IP前缀的网络发往家乡地址的IP分组会被标准的IP路由机制转发到其家乡网络上家乡链路（HomeLink）（家乡网络）节点移动到家乡网络以外时的链路网络前缀与移动节点家乡地址网络前缀不同外地链路精确地描述了移动节点移动时的位置

外地链路（ForeignLink）（外地网络）准备工作1注册向家乡代理注销在外地在哪里去找代理呢？回到家里现在不需要代理了代理发现23在哪里？代理发现01移动代理周期性地在一条或多条链路上组播或广播代理通告02代理通告说明移动代理的网络地址、通告的有效期等等03移动节点根据收到的代理通告消息，判断是在家乡链路上或是外地链路上04如果是在外地链路上，向家乡代理进行注册注册2134当移动节点得到外地链路的转交地址后，通过移动IP定义的消息向家乡代理请求注册家乡代理确认后，将家乡地址和相应的转交地址放在绑定缓存中家乡代理完成相应移动节点的家乡地址和转交地址的绑定向移动节点发送注册应答注销010203移动节点收到代理通告，判断是否返回家乡链路返回家乡后，移动节点向家乡代理注销以前的注册完成注销后，家乡代理认为节点已经回到本地分组路由－三角路由Internet家乡代理外地代理隧道123数据分组2数据分组1隧道（Tunnel）当一个数据分组被封装在另一个数据分组的净荷中进行传送时，所经过的路径成为隧道在移动IP中，家乡代理将那些要发送给处于外地链路的移动节点的分组通过隧道转发净荷：一个帧(包)中传输的用户数据部分小结220无线网络声波通信电磁波红外线射频个域网局域网广域网定位技术目录2224非测距定位法不知道节点之间距离，利用网络连通性等信息来定位3位置服务移动终端利用定位技术和网络通信技术获取位置信息1全球定位系统利用卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统2定位方式利用无线电波信号来确定一个移动台所在位置的能力我在哪里？GPS实施计划分三个阶段第一阶段4颗卫星1973年到1979方案论证和初步设计阶段研制了地面接收机及建立地面跟踪网第二阶段7颗卫星1979年到1984年研制各种用途接收机实验表明GPS定位精度远远超过设计标准第三阶段21+3颗卫星1993年底1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功建成GPS星座历史事件美国军方批准成立联合计划局开始GPS的研究工作到1993年系统建成，该工程历时20年，耗资300亿美元1964年美国海军研制的“子午仪”导航卫星，属于低轨道卫星，为核潜艇等做导航之用，兼做大地测量功能1973年第一颗GPS工作卫星发射成功，正式组网的工作卫星为Block

II批次，表明GPS系统进入工程建设阶段实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星1989年2月4日1993年GLONASSGLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM（俄语）A俄罗斯开始独自建立本国的全球卫星导航系统1993年B开始运营，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务2007年C其服务范围已经拓展到全球2009年Galileosatellitenavigationsystem欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统1999年2月由欧洲委员会和欧空局共同负责系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星2014年8月，第二批卫星成功发射升空，太空中已有6颗正式的伽利略系统卫星伽利略全球卫星导航系统北斗卫星导航系统BeiDouNavigationSatelliteSystem012012年北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务022014年国际海事组织海上安全委员会通过了对系统认可的航行安全通函032015年发射第17颗卫星标志着北斗导航系统由区域运行开始向全球组网概念GPS是通过接收和解译人造卫星发射的电波信号来确定测站点位置的测量定位系统系统组成卫星星座（空间部分）地面监测系统（地面部分）GPS接收机（用户设备）卫星星座24颗卫星组成，21颗工作卫星，3颗备用卫星分布在6个轨道面上，距地球约20200公里，运行周期为11小时58分至少可同时接收4颗卫星信号，最多可同时接收到11颗卫星发射的信号每颗卫星上均装有4台高精度的原子钟，称为卫星钟卫星星历232两行轨道数据（TLE，Two-LineOrbitalElement）由美国celestrak发明创立，用于描述太空飞行体位置和速度的表达式卫星现时的位置其它卫星的概略位置时钟校正参数传播延迟参数其它信息地面监控系统ColoradospringsHawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinGPS接收机接收、跟踪、解译和量测GPS信号的设备接收主机天线计算机控制显示设备GPS定位的特点定位时间短定位精度高野外观测时不受天气条件以及作业时间的限制无需考虑观测点之间的通视情况应用范围广在地下（如隧道、矿井内）、海底及建筑物内不能应用在高大建筑物近旁会受到干扰缺点 优点 定位原理如何确定在空间上的位置？距离设电波在大气中的传播速度为C卫星的空中位置到接收机之间的空间距离为：D=C×TDt1t2距离测量接收到卫星所发送的信号（卫星钟）发送信号的时刻发送信号时卫星的空间位置测定GPS信号的接收时刻（用户钟）发射时刻为t1，接收时刻为t2信号传播的时间：T=t2-t1卫星钟与用户钟同步伪测距码239基本思想卫星发射的测距码信号经过Δt秒传播后到达接收机延时器调整复制码延迟时间，使两组码序列自相关系数达到最大值延迟时间即等于Δt接收机立即产生一个结构相同的复制码序列球面相交同时接收两颗卫星的信号，则两个球面相交成一条圆弧，点位被限制在这条曲线上DSD1D2S1S2三个球面相交根据3段距离值可确定一点的空间位置（坐标）D1D2D3S1S2S3测站点位置测量接收机至三颗卫星的距离为：D1，D2，D3卫星坐标测站点坐标问题用户钟（普通石英钟）的测时精度远低于卫星钟用户钟与卫星钟不可能同步，存在时钟差（Δtu）Di’=Di+C×ΔtuΔtu：用户钟的测时误差，未知解决244实际工作中需同时观测四颗卫星，测得四个伪距，解四个方程求出待测点的坐标（x,y,z)定位方法01单点定位相对定位03差分定位单点定位精度：一般为30米左右，最高为3-5米绝对定位不能满足一般工程测量的要求，但在船舶、飞机导航等领域却有着极为广泛的应用相对定位相对定位（差分定位）根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法两台同类型接收机同步跟踪相同的4颗卫星信号P2P1R分析可用于大地测量和工程测量之中两点相隔较近如10公里以内误差大致相同卫星星历误差时钟误差电波传播的误差定位精度得以大大地提高差分定位各接收机同时进行单点定位基准站测定坐标和已知坐标定位结果的改正数（位置差分）伪距观测值改正数（伪距差分）CAB基准站已知点上作为基准流动站流动站数据链分析确定一个点相对定位方法约1/2至1小时差分定位方法只需几十秒钟特点兼容单点和相对定位的优点，克服了二者缺点典型代表载波相位实时差分技术（RTK）接收机各接收机的型号必须相同一台配有电台作为基准站同时观测相同的4颗卫星测距4312距离Time

of

ArrivalTime

Difference

of

ArrivalAngleofArrivalReceivedSignalStrengthIndicationTimeOfArrival基本原理通过测出电波从手机传播到多个基站的时间来确定手机的位置LocationMeasurementUnit手机和基站时间精确同步通过与在基站上安装了GPS或原子钟的移动网络之间的同步来实现TimeDifferenceOfArrival基本原理检测信号到达两个基站的时间差不是由到达的绝对时间来确定移动台的位置TDOAContour信号优点降低了对时间的同步要求在误差环境下性能相对优越精度较高，实现容易AngleOfArrival由两个或更多基站通过测量接收信号的到达角来估计移动用户的位置AOA设备150°215°275°RSSI255RSSI=发射功率+天线增益-路径损耗通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离RSSI受信号反射、散射、绕射等多重路径衰减与遮挡影响非常严重，实际上存在较大误差三边测量测距定位算法256CBAr1r2r3Dri2=(xi2-x2)+(yi2-y2)(x1-x)2+(y1-y)2=r12(x2-x)2+(y2-y)2=r22(x3-x)2+(y3-y)2=r32噪声的影响信号遇到障碍物以后的急剧衰落测量工具带来的误差三角质心法CBAp1p2p3在圆周模型中的三个圆是不可能相交于一点的AOA定位原理258ABCd1cosα1d1d2α1α2d2cosα2d1sinα1x=xi+dicosαiy=yi+disinαi(x,y)(x1,y1)(x2,y2)你在哪里（空间信息）你和谁在一起（社会信息）附近有什么资源（信息查询）1994年美国学者Schilit首先提出了位置服务的三大目标位置服务Location

Based

Service（LBS）1995年美国FCC颁发E911强制令从2001年10月1日起，美国的无线运营商要提供自动位置识别业务移动通信网络和卫星定位系统结合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移动终端的位置信息（如经纬度坐标数据），提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关的业务1999年欧洲的通信法规定2003年1月1日起有紧急呼叫发生，要为紧急救援机构提供位置资料GPS的问题信号受天气和位置的影响较大终端内存储的轨道星历图时效一般不超过4小时A-GPS服务器保存卫星完整的轨迹资料基站所处位置的卫星运行轨道星历移动基站与A-GPS服务器相连实时更新GPS芯片上的星历提升GPS定位速度和精度AssistedGlobalPositioningSystem基站定位服务通过移动通信网络获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标）GPS卫星位置服务器在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种业务CellIDCGI＝MCC＋MNC＋LAC＋CIMCC：移动国家代码MNC：移动网络代码LAC：位置区代码CellID+CellSector+TACellID+CellSectorCellID小区识别码每个小区有一个全球惟一的

CGI（CellGlobalIdentity）CellID定位小区基站相对固定CellID和对应位置数据构成稳定的基站位置数据库所处的小区或基站利用基站位置和覆盖范围来标识终端位置定位精确度与地面基站的密度、小区大小相关CGI结合TA（TimeAdvanced）提高定位精度RSSI定位已知发射节点的发射信号强度接收节点收到的信号强度计算信号的传播损耗利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离计算节点的位置具有较大定位误差WiFi定位服务无线AP都有一个全球唯一的MAC地址一般来说无线AP在一段时间内不会移动设备开启Wi-Fi网络接入时，广播自己的MAC地址扫描并收集周围的AP信号获取到AP广播出来的MAC地址位置服务器AP1AP1AP1WPSLocation信息WiFi信息DatabaseWi-Fi-basedPositioningSystem数据采集269街景拍摄车采集沿途的无线信号并打上通过GPS定位出的坐标回传至服务器手机开启“无线网络定位”，自动收集WiFi的MAC地址、GPS位置信息、运营商基站编码等，发送给服务器主动采集用户提交IP定位技术较完备的IP地址数据库查询IP获得位置定位精度差IP地址数据库维护与完善困难通过向DNS服务器查询或者挖掘隐含在主机名中的信息来推测IP设备的地理位置。一些定位算法根据时延与地理距离之间的线性关系来估测主机位置，并通过拓扑信息来减小定位误差GIS在计算机软硬件的支持下，对地理数据进行获取、存储、分析、显示、输出的信息系统GeographicInformationSystem发展历史272201119世纪20世纪20世纪末用羊皮或者纸质的地图GIS学科开始慢慢萌芽人造卫星等技术的突破优秀的GIS软件出现ArcGISMapInfoGeoStarMapGIS交叉学科273测量学计算机科学物理学气象学生物学、医学、犯罪学传感器的研究、光谱和影像的研究；大气层等对卫星影像的影响等；研究地理等各时间空间因素对这些学科的影响空间数据274用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据可用来描述现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据GIS工作原理275矢量和栅格数据结构地理参考系空间模型矢量数据以点、线、面方式编码以坐标存储管理栅格数据（图像）通过网格单元表达连续地理特征绝对位置信息，如经纬度坐标相对位置信息包括地址、编码、统计调查等现实世界抽象为相互联结不同特征的层面（LAYER)组合WebGIS2762314HTTP协议C/S方式多媒体RIA（富客户端）技术AJAX（动态网页）技术移动GIS277空间数据库地理应用数据库无线通信网络移动终端产品278平台厂商信息ARCGISESRIShapefiles文件MapInfoMapInfoTable文件SuperMap超图国产GIS平台MapGIS中地国产软件位置服务开发定位精度耗电量位置更新定位和地图AndroidiOSHTML5常见的问题?无法使用卫星定位时的辅助定位在室内如何进行定位？室内定位红外线定位超声波定位蓝牙技术（iBeacon）方法计算机视觉光跟踪定位基于图像分析磁场信标定位……射频识别超宽带技术无线局域网ZigBee红外线室内定位技术待测物体附上一个电子标识红外线IR标识发射调制的红外射线接收机通过网络将数据传输给数据库具有相对较高的室内定位精度特点光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰超声波定位技术反射式测距法发射超声波并接收由被测物产生的回波根据回波与发射波的时间差计算待测距离通过三角定位等算法确定物体的位置特点整体定位精度较高，结构简单受多径效应和非视距传播影响大需大量的底层硬件设施，成本高D蓝牙技术BeaconBeaconBeaconBeacon服务器蓝牙定位Beacon管理设备地图引擎1/Beacon基站不断发送广播报文

2/终端收到广播报文后，测算距离该基站的距离

3/根据距离多个基站的距离，实现多点定位功能iBeacon苹果公司2013年9月发布的基于蓝牙低功耗方案的一种定位技术阿里巴巴“喵街”微信“摇一摇·周边”利用iBeacon基站手机感知用户是否进入某特定区域基站可用电池驱动iBeaconBluetooth场景286室内定位-10%优惠券购物-10￥付款射频识别技术利用射频标签来识别和定位物体特点标识的体积比较小，造价比较低几毫秒内得到厘米级定位精度信息作用距离短，一般最长为几十米不具有通信能力超宽带技术UWB定位标签发射UWB信号延时控制时钟脉冲发生器脉冲发生器信号处理UWB接收器数据时钟服务器定位基站无线局域网络(WLAN)特点精确度约在1-20米范围内小范围的室内定位成本较低覆盖半径90米以内的区域容易受到其他信号的干扰RSSI位置指纹法ZigBee数千个微小的传感器它们只需很少的能量以接力的方式将数据从一个传感器传到另一个传感器待定位盲节点、已知参考节点与网关形成组网，节点间协调通信以实现定位特点通信效率非常高低功耗和低成本定位精度WiFiZigBee米级定位精度分米级定位精度定位精度RFID超声波计算机视觉蓝牙激光超宽带易难292传感器如何定位？WhynotGPSPOSITION无线传感器网络定位技术未知节点根据少数已知位置的节点，按照某种算法计算出自身位置信息的过程锚节点未知节点无线链路与距离无关的定位

（range-free）质心定位算法DV-HOP定位算法APIT定位算法……质心定位算法粗定位算法：利用网络连通度实现定位网络中放置了固定数量、通信区域相重叠的一组参考节点，这些参考节点构成规则的网状结构算法锚节点周期性地发送包含自身位置信息的信标消息对每个参考节点Ri，计算连接测度CMi：未知节点在一个给定的时间间隔t内接收信标消息未知节点选择CMi大于指定阈值的参考节点（n个），计算位置估计值01030204位置估计值所有与未知节点连通的信标节点构成n边形计算n边形的质心来作为该未知节点的坐标n边形质心坐标n边形的顶点坐标节点的通信半径相同且不会改变假设条件射频信号的传播遵循理想的圆球模型DV-HOP算法DistanceVector-Hop如何在参考节点稀疏的网络中进行节点定位距离矢量路由GPS定位思想节点间信息交换和协调节点自行计算基本思想1-2-3-4-通过距离矢量路由法获取未知节点与信标节点之间的最小跳数计算每跳的平均距离以每跳的平均距离与最小跳数的乘积作为未知节点与信标节点的估算距离用三边测量法估算未知节点的坐标位置第一阶段计算未知节点与每个参考节点的最小跳数MABCdBCdABdAC参考节点向其邻居广播信标消息（自身位置信息的分组）接收节点收到信标信息，记录到每个参考节点的最小跳数，将跳数加1，转