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1、无线网络传感器的测距技术引言在无线传感器网路中节点的位置信息对传感器网络应用具有重要的意义，一般而言无线传感器网络的定位技术分为基于距离的定位和不基于距离的定位，在基于距离的定位技术中测距信息的准确度直接影响定位的准确度。测距信息的准确度与测距方法又有着紧密的关系。常用主要节点间测量距离技术接收信号强度指示RSSI：根据接收到的信号强度计算路径损耗，再将路径损耗转换成距离。基于时间的方法（TOA、TDOA）：通过信号的传播时间和信号的速度两个参数来计算距离。到达角度AOA：估计信号的到达角度，用几何关系计算节点位置。超声波：主要通过间接测量超声波的发送到反射回来的时间间隔△t来计算距离飞行时差
2、测距TOF：主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离最常用RSSI（ReceivedSignalStrengthIndicator）已知发射功率，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转化为距离。该技术主要使用RF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。缺点：无线信号的反射、多径传播、非视距，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。所以常将RSSI看作一种粗糙的测距技术，有可能产生+/-50%的测距误差。信号传播衰减模型ｄ：节点与基站间的距离,ｄ0：参考节点与基站（发送节点）之间的距离Ｐ
3、(d)Ｐ(d0)分别表示距离d,d0后的信号强度,n表示路径长度和路径损耗之间的比例因子，在2-4之间GoTOA（TimeOfArrival）TOA测距法根据信号的传播速度和时间来计算节点间的距离。假设两个节点时间同步,发送节点A在发送信号的同时发送一个同步消息告知接收节点Ｂ信号发送时间为t0,节点Ｂ接收信号的同时接收同步消息并记录接收信号的时间t1,则两节点间的距离Ｌ＝c(t1-t0),c为信号在介质中的传播速度.TOA（TimeOfArrival）使用TOA技术检测标签在二维平面的位置，则至少需要3个基站。标签发射测量信号到达3个以上的基站，且必须保证时间的同步。由于电磁波的传播速率很高，
4、微小的误差将会在算法中放大，使定位精度大大降低。传播中的多径干扰、非视距以及噪声等干扰造成的误差会使各圆无法交汇，或者交汇处不是一个点而是一个区域。因此，TOA对系统同步的要求很高，并且需要在信号中加时间戳，而实际参加定位的基站一般在3个以上，误差是不可避免的。单纯的TOA算法在实际中的应用很少。TDOA（TimeDifferenceofArrival）发送节点同时发出射频及超声波两种信号，接收节点根据收到两种信号的时间差来估算距离。TDOA技术是TOA技术的改进，最早应用于雷达系统，现在GPS定位系统也采用该技术。利用TDOA进行二维空间定位时，待定位位置应是3个双曲线的交点，如图，R1，R
5、2，R3为基站传感器,T为待定位标签。标签在t0时刻发出信号，到达3个基站的时间分别是tl,t2,t3。假设测得的时间差为t21,t31,基站与终端之间的距离就可以表示为R21=c×t2l，R31=c×t31。终端与基站的坐标为(X0,Y0)与(xi,yi)i=1,2,3.则：TDOA（TimeDifferenceofArrival）特点：精度高（可达到厘米级）传输特性也受环境影响，但较易检测超声传输距离短（传播距离仅为20-30英尺）,受NLOS影响误差来源：超声波的速度对温度的变化非常敏感。如果信标和未知节点问是非视距路径，声波可能绕过物体边缘折射或经过物体的反射后到达节点。超声波(US)
6、传感器不是全方向的AOA（AngleofArrival）通过阵列天线或多个接收器得到信号到达的方向。B1，B2为信标节点。A接收B1，B2发送的信号，以自己的参考轴为准，记录两个信号来源的角度，从而能实现自身定位。超声波原理：超生波从发射处到障碍物之间的距离为c△t/2(c为超声波在介质中的传播速度)优点：利用超声波测距很精确，测量误差只有10cm缺点：超声波是一种声波，而声速c受环境温度、湿度等因素的影响。另外，测距时需要额外的硬件支持，增加了节点的硬件成本和尺寸。TOF原理：A节点测量出从发送数据包到接收确认的时间,这段消耗总时间记为TTOT时间;B记录了B从收到数据包到B回应确认消息的这
7、个时间段的时间，记为TTAT。用TTOT总时间减去周转时间TTAT就是双方的数据包在飞行中度过的往返时间，记为TRTT时间。假定在每个方向发生的飞行时间TTOF等于50%的往返时间，如式(2)所示：当计算出TTOF后，根据D=Tc(T代表TTOF;c代表光速，为3×108ms-1)可以计算出节点间的距离。TOF两个约束：1、发送设备和接收设备必须始终同步;2、接收设备提供信号的传输时间的长短解决方
