第四章 无线传感器网络定位、跟踪与时间同步技术

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1、无线传感器网络技术及其应用第四章无线传感器网络定位、跟踪与时间同步技术课程目录4.14.2无线传感器网络定位技术无线传感器网络跟踪技术无线传感器网络时间同步技术4.3无线传感器网络的发展与安全趋势4.1无线传感器网络定位技术定位是无线传感器网络重要的支撑技术，定位就是确定位置。无线传感器网络的定位是指自组织的网络通过特定方法提供节点位置信息。这种自组织网络定位分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络中节点为坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖范围内目标的坐标位置。14.1无线传感器网络定位技术在传感器网络中，没有统一的最优的定位

2、算法，只有针对特定环境比较适合的定位算法。按照下面的标准对定位算法进行分类：1．基于测距的定位和无需测距的定位2．绝对定位与相对定位3．集中式计算、分布式计算与递增式计算24.1无线传感器网络定位技术1．基于测距的定位和无需测距的定位前者需要测量相邻节点之间的绝对距离或者方位，并利用节点间的实际距离或者方位来计算未知节点的位置，常用的测距技术有RSSI（到达信号强度测量法）、TOA（到达时间测量法）、TDOA（到达时间差测量法）等。虽然在定位精度上有一定可取之处，但是并不适用于低功耗、低成本的领域。基于无需测距的定位算法无需测量节点之间的绝

3、对距离或方位，而是利用节点间的估计距离计算节点的位置，如典型的DV-Hop定位、凸规划定位。虽然在精确度方面有待进一步改进，但是具有可扩展性、规模性以及代价小等优点。34.1无线传感器网络定位技术2．绝对定位与相对定位绝对定位的定位结果是一个标准的坐标位置，如经纬度；而相对定位通常是以网络中部分节点为参考，建立整个网络的相对坐标系统。绝对定位可为网络提供唯一的命名空间，受网络变动影响较小，有非常广泛的应用领域。大多数定位系统都可以实现绝对定位，只有部分定位系统和算法能实现相对定位。44.1无线传感器网络定位技术3．集中式计算、分布式计算与递

4、增式计算集中式计算是指把所需要的定位信息集中传送到某个中心节点（如汇聚节点），由该节点进行集中计算未知节点的位置。分布式计算是指由节点间进行信息交换，未知节点根据自身获取足够的信息进行自身位置计算的计算方式。集中式计算的优点是可以从全局角度出发更好地进行规划，从而获得相对精确的定位。缺点是中心节点以及它周围的节点通信开销过大、能耗过快，易造成个别节点过早死亡，从而影响其它节点的定位。分布式计算可使网络中所有节点同时进行位置计算。递增式计算通常是从信标节点开始，信标节点周围的节点首先开始定位，依次向外延伸，逐步实现整个网络的定位。递增式算法的

5、缺点是在定位过程中误差容易被积累和放大。5课程目录4.14.2无线传感器网络定位技术无线传感器网络跟踪技术无线传感器网络时间同步技术4.3无线传感器网络的发展与安全趋势课程目录4.1.14.1.2无线传感器网络测距技术无线传感器网络定位机制与性能评价标准现有无线传感器网络定位方法4.1.3无线传感器网络定位技术4.14.1.1无线传感器网络测距技术测距即测量两个节点之间的距离，一般常采用物理信号测量方式，如无线电、声波和磁场等。根据各种物理信号的优缺点，常用的方法有到达时间测量法（TOA）、到达时间差测量法（TDOA）、到达信号强度测量法（

6、RSS）等。1测距中用到的基本术语:①接收新信号强度指示（ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI）：节点接收到无线信号的强度的大小，称为接收信号的强度指示。②到达角度（AngleofArrival，AOA）：节点接收到的信号相对于自身轴线的角度，称为信号相对接收节点的到达角度。③视线关系（LineofSight，LOS）：两个节点间没有障碍物间隔，能够直接通信，称为两个节点间存在视线关系。④非视线关系（NLOS，noLOS）：两个节点之间存在障碍物。24.1.1无线传感器网络测距技术一些测距方法:1．到达时

7、间测量法（TimeofArrival，TOA）2．到达时间差测量法（TimeDifferenceofArrival，TDOA）3．到达信号强度测量法（RSSI）34.1.1无线传感器网络测距技术1．到达时间测量法（TimeofArrival，TOA）已知物理信号的传播速度v，根据信号的传播时间t来计算节点间的距离，即距离d=v×t。此方法要求进行通信的两个节点时间必须高度同步。44.1.1无线传感器网络测距技术2．到达时间差测量法（TimeDifferenceofArrival，TDOA）发送节点同时发射两种不同速率的无线信号，接收节点根据

8、两种信号的时间到达差和速率，计算这两个节点之间的距离。节点A在T0时刻同时发射无线射频信号和超声波信号，节点B分别记录这两种物理信号的到达时间T1和T2，已知无线射频信号和超声波