无线传感器网络支撑技术 ppt课件.ppt

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1、无线传感器网络支撑技术定位时间同步数据融合内容提要WSN定位概述基于测距（range-based）的定位技术无需测距（range-free）的定位技术典型定位系统展望1.WSN定位概述什么是定位？定位的应用领域定位的技术指标定位系统的设计要点定位服务的标准化1.WSN定位概述-什么是定位？定位就是确定位置。定位的两种意义：一种是确定自己在系统中的位置；一种是系统确定目标在系统中的位置。位置信息的类型：物理位置指目标在特定坐标系下的位置数值，表示目标的相对或者绝对位置。符号位置指在目标与一个信标或者多个信标临近程

2、度的信息，表示目标与基站之间的连通关系，提供目标大致的所在范围。也称“归属定位”WSN定位机制的重要性定位机制是WSN的基本机制没有位置信息的检测消息是没有意义的；应用：战场侦察、目标跟踪、入侵检测、灾难预报等节点定位是定位机制的基础随机部署的网络，需要首先确定传感器节点位置；只有节点定位以后，才能确定节点检测事件的位置；定位的其他用途报告事件发生的地点目标跟踪和定位协助路由/网络管理物品/财产/医疗设备/固定资产的定位与跟踪61.WSN定位概述-定位的应用领域导航：了解移动物体在坐标系中的位置，指导移动物体成

3、功到达目的地的工作跟踪：系统实时地了解物体所处位置和移动的轨迹网络路由：优化的路由可以提高系统性能、安全性，节省宝贵的电能基于位置的服务（LBS,LocationBasedService）：新的增值服务、应用广泛1.WSN定位概述-定位的技术指标(1)最重要的指标，指定位系统提供的位置信息的精度。绝对精度指以长度为单位度量的精度。相对精度，通常以节点之间距离的百分比来定义。覆盖范围是另一个重要指标，它和定位精度是一对矛盾。精度覆盖范围超声波分米级十多米Wi-Fi和蓝牙3米100米GSM系统100米公里级1.WS

4、N定位概述-定位的技术指标(1)代价定位系统或算法的代价包括时间代价、空间代价和成本代价等方面。时间代价主要考虑一个定位系统或算法的安装、配置或定位时间等因素；空间代价主要考虑一个定位系统或算法所需的基础设施、网络节点数量或系统硬件尺寸等因素；成本代价则主要考虑实现一种定位系统或算法的基础设施和节点设备的总费用。1.WSN定位概述-定位的技术指标(2)刷新速度是提供位置信息的频率。比如GPS每秒钟刷新1次影响定位服务的实时性和精度WSN相关的指标功耗，WSN是功耗受限制的带宽，协议栈开销+数据的有效载荷节点密

5、度，节点密度要求越高，单次定位的通信开销越大，消耗的电能越多。91.WSN定位概述-定位系统的设计要点两个主要因素：定位机制的物理特性（如：时间同步、传播特性）相应的算法其他设计要求：节点密度扩展性鲁棒性的要求1.WSN定位概述-定位服务的标准化定位系统往往是订制系统，没有统一的标准GPS系统，事实标准…但其它定位系统也正在发展E-911，2019年美国联邦通信委员会（FCC）制定的移动运营商（紧急救援）提供的基站定位服务标准11现有的定位系统？？GPS：精度高、实时性好、抗干扰能力强；无遮挡的室外环境、固定的

6、基础设施、成本比较高定位算法的特点自组织性：传感器节点通常价格低廉，难以大量配备GPS接收机等定位装置，需要基于无线网络的自组织协同定位；健壮性：节点测量数据常常有误差，定位算法需具有良好的容错性；能量高效：算法计算复杂度要小、通信开销要低，以利延长网络的生命周期；分布计算：每个节点独立计算自身的位置，不依赖全局信息来集中式计算。相关术语信标节点(anchor)和未知节点邻居节点跳数、跳段距离(Per-hopdistance)基础设施到达时间、到达时间差接收信号强度指示(RSSI)到达角度视线关系(LOS)、非

7、视线关系(NLOS)14三边测量算法（Trilateration）已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点D的距离，确定节点D的坐标为；三角测量算法（Triangulation）已知A、B、C三个节点的坐标，节点M相对于节点A、B、C的角度，确定节点M的坐标；首先求解O1以及O2、O3坐标，然后转换为三边测量法16AO1C的角度r1:基于A、M、C三点的外接圆的半径O1:基于A、M、C三点的外接圆的圆心极大似然估计法已知1、2、3等n个节点的坐标，及它们到节点D到距离，确定节点D的坐标；最小均方差估计算法

8、；定位算法的分类根据定位过程中是否需要测量实际节点间的距离，把定位算法分为：基于测距的（range-based）定位利用测量节点间实际距离或方位计算未知节点位置；测距无关的（range-free）定位利用节点间的估计距离计算未知节点位置；利用特征进行位置关联不需要直接测量节点间距离定位算法的分类(2)根据定位过程中节点定位先后次序的不同，把定位算法分为：递增式的（Incremental