2023学年完整公开课版定位技术

无线传感器网络定位技术定位的意义定位技术无线传感器网络及其特点WSN定位技术节点定位的方法节点定位方法的特点定位方法的改进意义：随着无线技术的广泛推广，越来越多的用户可以随时随地访问网络资源，人们对基于位置信息服务的需求增多，位置信息对于目标确定非常重要，没有位置的信息即使获取了也无法确定信息的来源，因而是盲目的信息。为此，出现了各种定位技术。定位技术一般分为基于终端的定位技术和基于网络的定位技术。定位的意义卫星定位：美国的GPS定位，中国的北斗卫星导航系统，俄罗斯的“格洛纳斯”（GLONASS）卫星导航系统，以及欧洲的伽利略卫星。原理：定位技术基于移动台的定位：移动台利用来自基站的信号计算出移动设备的位置称为基于移动台的定位，也称前向链路定位。它根据接收到的多个已知位置基站发射信号携带的与移动台何置有关的特征信息来确定其与各基站之间的几何位置关系，再根据算法对移动台进行定位估计。超声波定位：超声波测距主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离RFID定位：ZigBee定位：CC2431在CC2430基础之上增加了基于RSSI的硬件定位引擎，根据接收信号强度与已知参考节点位置准确计算出有关节点位置,然后将位置信息发送

给接收端。无线传感器网络(WSN,WirelessSensorNetwork)是由部署在监测区域内大量微型传感器节点相互协作构成的一个多跳自组织网络,其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息,如温度、湿度、压力、移动物体的速度等,并发送给观察者。特点：WSN具有传感器节点数量大、分布广、网络动态性强、感知数据流大、单个节点成本低廉等特点。无线传感器网络及其特点节点定位的基本原理节点放置方式为随机撒布放置、数目众多，较为合理的方式为部分节点事先标定好准确位置或为它们配备定位系统(如GPS),这些节点通常称为锚节点，然后利用锚节点提供的位置信息与节点间的协作，来计算非锚节点的位置。前提假设:(1)网络具有较高的密度;(2)网络内每一个节点具有全网唯一的ID;(3)所有节点具有相同的最大通信距离;(4)在定位过程中,假设节点相对位置不变。WSN定位技术无线信号测量方法1.测量信号到达时间(TOA.TimeofArrival)

已知信号的传播速度,根据传播时间来计算距离,得到的结果精度高,但要求节点保持精确时间同步,对节点硬件和功耗提出了较高要求。2.测量节点是否在发射信号的接收范围内

使用已知发射功率的信号,或者使用定向天线改变发射信号方向来检测接收节点是否在信号覆盖区域内,通过覆盖区域的重叠面积计算来确定节点的位置范围。节点定位的方法3.测量不同信号到达时间差(TDOA.TimeDifferenceofArrival)由两节点同时发送信号,待定位节点根据两信号的到达时间差来计算距离。这种技术对硬件的要求较高,但是测距误差小。使用TDOA方法发送信号易受干扰,不适合于大规模的传感器网络。

节点定位的计算方法三边(多边)计算法极大似然估计法:已知很多节点D的相邻节点坐标以及它们到节点D的距离或方位,使用最小均方差估计方法得到节点D的坐标。三角(多角)计算法利用范围重叠计算质心定位算法跳数距离估算法（DV-Hop）

计算节点之间的跳数,利用估算或者直接使用节点的通信半径得到平均每跳,

再结合跳数估算距离。TOA：要求节点有非常精确的时钟。TOA技术典型的定位系统是GPS，GPS系统需要昂贵高能耗的电子设备来精确同步卫星时钟。在无线传感器网络中，节点间的距离较小，采用TOA测距难度较大。TDOA：实际应用中是在节点上安装超声波接收器和RF收发器，测距精度较RSSI高，可达厘米级，但受限于超声波传播距离有限和非视距问题对超声波信号的传播影响，对计时功能要求较高。节点定位方法的特点AOA：硬件系统设备复杂，需要两节点间存在视距传输，不适合用于WSN的定位。RSSI：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。理论上来说，锚节点的数目越多，定位就越精确。事实上随着锚节点数目的增加，当锚节点比例趋近30%，定位精度趋近恒定值。这是因为这部分距离误差是由路径损耗传播模型决定的。综合无线传感器网络的特点，在保证节点硬件系统低功耗，低成本的情况下，为了尽可能的提高定位精度，需要对测距方法或者计算方法进行改进，来减小误差。定位方法的改进在网络飞速发展的时代，定位技术的应用越来越广泛，人们意识到了位置信息的重要性并开始追求精度。在开始先介绍了几种常用定位技术的前提下，引入了现在广泛应用的无线传感器