更实际的无线传感器网络定位算法研究

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1、第一章绪论的3个锚节点参与到三边定位法的计算当中，能有效的减少信息不准确带来的误差，并通过模拟试验证实了该算法的有效性。第六章提出了一种方向辅助的移动锚节点的定位算法。使得网络中仅有一个可以移动的锚节点，其他的未知节点均处于静止状态，通过改变锚节点的移动方向，从而出计算未知节点的位置。该算法能有效的解决发包时间间隔的大小对定位精度带来的影响以及网络中存在障碍物的情况，并通过模拟实验验证了该算法。最后，总结全文，并展望未来的研究工作。第二章无线传感器网络节点定位基本原理TDOA)、到达角(AngleofArrival，AOA)、接收信号强度指示(ReceivedSi

2、gnaJStrengmIndicatiOn，RSSI)等。到达时间TOA：已知信号的传播速度，根据信号在两个目标之间的传播时间来计算节点间的距离。TOA方法具有较高的测量精度，不过它要求能够较为精确的获得发送者和接收者的响应和处理延时，这种要求在距离较短时显得尤为强烈。。使用ToA技术最基本的定位系统是GPS，GPS系统需要昂贵、高能耗的电子设备来精确同步卫星时钟。由于WSN节点硬件尺寸、价格和功耗限制，GPS和其他TOA技术对无线传感器网络而言几乎是不可行的；但随着超宽带(UWB)技术的发展以及在无线传感器网络中的应用，使TOA技术具有一定的应用前景。到达时间差

3、TDOA：在这种测距机制中，发送节点同时发送两种不同传播速度的无线信号，一般采用射频信号和超声波信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及已知这两种信号的传播速度，计算两个节点间的距离。如图2．1，发射节点同时发射无线射频信号和超声波信号，接收节点记录两种信号到达的时间1-，l2，已知无线射频信号和超声波的传播速度为L-，乙2，那么两点之间的距s：j生离为(互一互)×S，其中Cl—c2。已有多种定位算法(LewisG2001)，(·A．Haner，1999，Je衢eyHi出ower，2000，AndreaSSawides，200l，Andreasawides，20

4、02)使用TDOA实现测距。该技术的测距精度较RSSI高(NealPatW撕，2003)，可达到厘米级，但受限于超声波传播距离有限(超声波信号通常传播距离仅为20．30英尺，因而网络需要密集部署)和NLOS问题对超声波信号的传播影响，虽然已有发现并减轻非视线路径(Non．LineofSight，NLOS)影响的技术(M．PWyIie，1996，Pi．ChunChen，1999)，但都需要大量计算和通信开销，不一定适用于低功耗的WSN应用中。发送端接受端图2．1仍OA定位原理图示7第二章无线传感器网络节点定位基本原理到达角AOA：这是一种估算邻居节点发送信号方向的技

5、术，它利用阵列天线或多个超声波接收器，除位置信息外，还能提供节点的方向信息，如MIT的TheC：icketComp垂垂s等项目(Niss壅羹釜斋B．P茎：ya蠹；h蓑12费A1)中就利用多个接收器提出了基于AOA的硬件解决方案，其原型系统可在士400角内以士50的误差确定接收信号的方向。AOA方法最大的不足就是对硬件要求比较高，阵列天线或多个接收器的实现和维护代价较高，也受外界环境和NLOS等因素的影响，因此在硬件尺寸和功耗上可能无法用于传感器节点。接收信号强度指示RSSI：己知发射功率，在接收节点测量接收功率，计算传播损耗，使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗

6、转化为距离，该技术主要使用IU信号。因传感器节点本身具有无线通信能力，故其是一种低功率、廉价的测距技术，蓁蓁DAR，SpotC!萋等许多项目(J．Be蠢；el，1999，Jef№yHi曲to、雾雾r2霸霸0，JM．R耋警ae蓁120叠A，P猢v：：Baiii，2翕翕0，Se羹霪a主丢Megue至耋；chi妻蠹，2疗盎1)中馑用了该技术。它的主要误差来源是环境影响所造成的信号传播模型的建模复杂性：反射、多径传播、NLOS、天线增益等问题都会对相同距离产生显著不同的传播损耗。通常将其看作为一种粗糙的测距技术，有可能产生士50％的测距误差。2．3节点位置估算方法传感器节

7、点定位过程中，未知节点在获得对于邻近锚节点的距离，或获得邻近的锚节点与未知节点之间的相对角度后，通常使用下列方法计算自己的位置。2．3．1三边测量法(霎蓁ilateration)三边测量法的原理如图2

8、

9、霎所示，已知A、B、C三个节点的坐标分别为(x。，儿)、(％，儿)、(x。，儿)，以及它们到未知节点D的距离分别为da，以，矿，假设节点D的坐标为(x，y)。那么，存在下列公式：8厄二了瓦巧了=d。瓜二了丽巧了=以瓜万石万=矿(2．1)由上式可以得到节点D的坐标为：第二章无线传感器网络节点定位基本原理图2．2三边测量法图示2．3．2三角测量法(TrianguIat

10、ion)，