无线传感器网络定位技术.pptx

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1、无线传感器网络定位技术定位技术的概括无线传感器网络的定位机制作为无线传感器网络中的主要技术之一，在应用中具有非常重要的作用。无线传感器网络中的定位机制包括节点自身定位和外部目标定位两部分内容。常见的定位技术如GPS是目前应用最广的、最成熟的定位系统，通过卫星的授时和测距来对用户节点进行定位，具有较高的定位精度，实时性较好，抗干扰能力强。但是，使用GPS技术定位只适合于视距通信的场合，如室外无遮挡的环境，用户节点通常能耗高、体积大且成本较高，还需固定的基础设施等。目前，无线传感器网络的定位很多，各种方法也不断涌现。一个

2、定位系统的实现主要考虑两点：定位机制的物理特性和相应的算法。定位技术性能的要求定位精度：指定位系统提供的位置信息的精确程度。如，在基于距离定位的算法中，可以用定位坐标与实际坐标的距离来对比；在非距离定位的算法中，可以用误差值和节点通信半径的比例来表示代价：主要包括时间代价、资金代价、硬件代价等规模：不同的定位算法使用的应用场合范围和规模也不同。大规模的定位算法可以在大范围的场合使用，如森林或城市：中等规模算法可在大型商场、小区和学校内进行定位应用；小规模的定位算法只能在一栋楼内或者一个房间内实现定位应用锚节点密度：锚

3、节点通常需要人工部署，这些节点常常会受到网络部署环境的制约，会严重影响无线传感器网络应用的可扩展性。所以锚节点的密度严重影响整个传感器网络的成本。因此，锚节点密度也是评价定位系统和算法性能的重要指标之一。定位覆盖率：在定位系统中，能够实现定位的未知节点的数目占整个未知节点数目的比例。它和精度是一对矛盾。容错性和自适应性：通常，定位算法需要比较理想的无线通信环境和可靠的网络节点设备。但在实际的应用场合中常会有诸如以下的问题：外界环境中存在严重的多径传播、衰减、非视距、通信盲点等问题；网络节点由于周围环境或自身原因(如电

4、池耗尽、物理损伤）而出现失效的问题；外界影响和节点硬件精度限制造成节点间测量误差增大的问题。因此，定位算法必须具有很强的容错性和自适应性，能够通过自动调整或重构纠正错误、适应环境、减小各种误差的影响，以提高定位精度功耗：功耗是对无线传感器网络的设计和实现影响最大的因素之一。由于传感器节点电池能量有限，因此在保证定位精度的前提下，与功耗密切相关的定位所需的计算量、通信开销、存储开销、时间复杂性也是一组关键性指标。刷新速度：指提供位置信息的频率，如GPS每秒钟刷新1次鲁棒性：在理想的实验室环境内，大部分定位算法误差性比较

5、小。但是在实际应用场合，有许多干扰因素影响测量结果。比如，障碍物引起的非视距(NLOS)，大气中存在严重的多径传播，部分传感器节点电能耗尽，节点间通信阻塞等问题容易造成定位误差突发性增大，甚至造成整个定位系统的瘫痪。因此，传感器网络定位算法必须具有很强的鲁棒性，减小各种误差的影响，以提高定位精度和可靠性。WSN定位技术的分类目前无线传感器网络的节点定位技术主要分为：1）与距离相关2）集中式与分布式3）相对定位与绝对定位4）紧耦合与松耦合式。其中最常见的分类方法是与距离相关。其分为基于测距的定位技术和无需测距的定位技术

6、。1.基于测距（Range-based）的定位技术基本思想：先测量锚节点和未知节点之间的距离，然后再利用几何关系来估算未知节点的坐标位置。三个阶段—测距阶段：未知节点首先测量到邻居节点的距离或角度，然后进一步计算到邻近信标节点的距离或方位；—定位阶段：未知节点在计算出到达三个或三个以上信标节点的距离或角度后，利用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法计算未知节点的坐标；—正阶段：对求得的节点的坐标进行求精，提高定位精度，减少误差；常见的基于测距的定位技术可以分为以下三类：1）基于接收信号强度指示（RSSI）的定位算法

7、2）基于信号传播时间/时间差（TOA/TDOA）的定位算法3）基于到达角（AOA）的定位算法基于RSSI的定位算法，是已知发射节点的发射信号强度，根据接收节点收到的信号强度，计算出信号的传播损耗，将传播损耗转化为距离，最后计算节点的位置。无线信号接收指示与信号传播距离之间的关系信号传播时间/时间差（TOA/TDOA）这类方法通过测量传输时间来估算两节点之间的距离，精度较好。TOA机制是已知信号的传播速度，根据信号的传播时间来计算节点之间的距离TOA测距原理的过程示例在基于TDoA的定位机制中，发射节点同时发射两种不同

8、传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及这两种信号的传播速度，计算两个节点之间的距离。发射节点同时发射无线射频信号和超声波信号，接收节点记录下这两种信号的到达时间T1、T2，已知无线射频信号和超声波的传播速度为c1、c2,那么两点之间的距离为(T2-T1)*S，其中S=c1*c2/(c1-c2)。到达角（AOA）该方法通过配备特