最新支撑技术节点定位教学讲义ppt课件.ppt

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1、支撑技术节点定位2014节点定位技术5.1概述5.2测距方法5.3基于距离或到达角度的定位技术5.4无需测距的定位技术5.5典型定位系统5.1概述5.1.1基本概念5.1.2基本术语5.1.3应用领域5.1.4定位算法分类5.1.5定位算法特点及要求5.1.6性能评价5.1.2基本术语视线关系(LineofSight，LOS)：两个节点间没有任何障碍物间隔，能够直接通信，称为两个节点间存在视线关系；非视线关系(NoLOS，NLOS)：两个节点之间存在障碍物；接收信号强度指示(ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI)：节点接牧到无线信号的强度大小，称为接收

2、信号强度的指示。5.1.3应用领域对于大多数应用，不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明：“在什么位置或区域发生了特定事件”，实现对外部目标的定位和追踪。另一方面，了解传感器节点位置信息还可以提高路由效率，为网络提供命名空间，向部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置等。在现实应用中，无线传感器网络的定位技术可以应用在许多重要的领域，几乎包括所有无线传感器技术能够应用到的领域，包括传统应用有军事，监控，应急，环境，防空等领域，新兴应用将涉及家用，企业管理，保健，交通等领域。5.1.4定位算法分类近年来出现了多种定位算法，在

3、特定条件下，某些算法在某些性能指标上可能优于其它算法，而在其它方面可能处于劣势。在一定意义下，具有普遍性的公认为最优秀的定位算法目前尚未产生。尽管无线传感器网络自身定位系统和算法的分类还没有一个统一的标准，也不一定适用于每一种定位系统和算法，但下面这些分类方法能在一定程度上刻画不同定位技术的特点。5.1.4定位算法分类绝对定位和相对定位按照定位结果是否为绝对坐标，可分为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问，受节点移动性影响较小，有更广泛的应用领域。但研究

4、发现，在相对定位的基础上也能够实现部分路由协议，尤其是基于地理位置的路由，而且相对定位不需要锚节点。5.1.4定位算法分类基于测距定位和无需测距定位根据是否采用测距，分为基于测距(Range-based)的算法和无测距(Range-free)的定位算法。无测距定位时，节点不装配测距或测角设备，硬件成本低，但相对基于测距的算法则定位精度稍差。对大多数应用如路由和目标追踪等，误差小于40％仍可满足要求，无测距定位有着明显的成本优势。无测距的定位算法仅依赖所接收的通信消息，但需要锚节点配合，如质心算法、APIT算法、DV-HOP算法、Amophous、凸规划和MDS-MAP等。其精度一般取决于

5、锚节点配置精度和锚节点的配置密度。5.1.4定位算法分类基于距离的定位算法需要测量相邻节点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未知节点的位置。基于距离的定位算法常用的测距技术有RSSI、TOA、TDOA、AOA等。RSSI虽然符合低功率、低成本的要求，但有可能产生50％的测距误差；TOA需要节点间精确的时间同步，无法用于松散耦合定位系统；采用超声波的TDOA和TOA技术受限于超声波传播距离有限和非视距问题对超声波等信号的传播影响；AOA也受外界环境影响，而且需要额外硬件，在硬件尺寸和功耗上可能无法用于传感器节点。除上述测距技术的局限性外，基于测距的定位机制使用各种算法来减小测

6、距误差对定位的影响，包括多次测量、循环定位等，这些都要产生大量计算和通信开销。所以基于测距的定位机制虽在定位精度上有可取之处，却并不适用于许多应用领域（低功耗、低成本）。5.1.4定位算法分类集中式计算定位与分布式计算定位集中式计算(CentralizedComputation)就是指把所需信息传送到某个中心节点(例如一台服务器)，并在那里进行节点定位计算的方式。分布式计算(DistributedComputation)是指依赖节点间的信息交换和协调，节点自行计算的定位方式。集中式计算的优点在于，从全局角度统筹规划，计算量和存储量几乎没有限制，可获得相对精确的位置估算。它的缺点包括与中心

7、节点位置较近的节点会因为通信量大而过早消耗完电能，导致整个网络与中心节点信息交流的中断，无法实时定位等。相对于集中式算法，分布式算法有更为广泛的应用。分布式算法也称并发式算法，即定位过程只需与邻居节点进行通信，计算在本节点处完成。除上述集中式以外的其它算法均为分布式定位算法。5.1.4定位算法分类物理定位与符号定位按照定位系统提供的两种类型的定位结果：物理位置(PhysicalPositjon)和符号位置(SymbolicLocat