计算机网络新技术作业

无线传感器网络的测距方法两个无线传感器节点可以如何测量距离？经济管理学院

100832班胡开渊无线传感器网络的定义无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。不知道传感器节点位置而感知的数据是没有意义的节点的自定位功能被认为是系统的基本功能之一。无线传感器网络中节点定位技术的研究非常重要，并且已成为无线传感器网络的基础支撑技术。无线传感器网络的定位技术分为基于距离的定位和非基于距离的定位。基于距离的无线传感器节点定位技术一般分为两个阶段。首先是测量无线传感器网络中节点间的距离;然后根据节点间的距离和现有的传感器节点定位算法，如三边测量法等计算出无线传感器网络中某节点的位置。节点测距技术是无线传感器网络中基于距离的节点定位技术的基础。无线传感器网络中的测距方法超声波测距法RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)接收信号强度TOA(TimeOfArrival)到达时间TDOA(TimeofDifferenceOfArrival)到达时间差AOA(AngleOfArrival)到达角度超声波测距法原理：当发射节点发射的超声波遇到障碍物时就会发生反射，反射波可由接收器接收，这样只要测出超声波从发送点到反射回来的时间间隔△t，就能测距。超生波从发射处到障碍物之间的距离s=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。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。RSSI测距法(最基本的方法)原理：已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据收到的信号强度计算出信号的传播损耗，利用理论和经验模型将传输损耗转化为节点间的距离。其理论模型为：

p（d）=p（d0）-10nlog（d/d0）式中：p(d)表示在距离d处的信号强度;n表示路径长度和路径损耗之间的比例因子，范围在2~4之间;p(d0)表示在距离d0处的信号强度;d表示需要计算的节点与基站间的距离;d0表示参考节点与基站间的距离。优点：基本不需要额外的硬件设备，实现方法简单，传感器节点本身具有无线通信能力，故它是一种低功率、廉价的测距技术。缺点：在实际环境中，它易受温度、无线信号的反射、障碍物(如陆地建筑物)、传播模式等诸多因素的影响，因此该技术在实际应用中仍存在困难；有可能产生±50%的测距误差，通常将其看作为一种粗糙的测距技术。TOA测距法原理：在已知信号传播速度的条件下,根据信号的传播时间来计算接收节点与发送节点间的距离。然后利用三边测量法计算出节点的位置。优点：精确性高，TOA定位只需要收发节点的同步,对带宽的消耗比较小,适用于窄带系统的定位。缺点：对传感器节点的硬件和功耗的要求相当高。

TDOA测距法原理：利用两种不同的信号到达同一节点所产生的时间差,或同一信号到达不同节点所产生的时间差来确定未知节点的具体位置。1.利用两种不同的信号到达同一节点所产生的时间差定位。发射节点同时发射两种不同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已知这两种信号的传播速度,计算节点之间的距离,然后利用基本定位算法求得未知节点的具体位置。公式：d=cv△t/（c-v）v、c分别为超声波和电磁波在空气中的传播速度。△t为两种信号到达节点的时间差。2.利用同一信号到达不同节点所产生的时间差定位TDOA还可以运用于不同的信标节点对同一个未知节点的定位。由未知节点与2个不同的信标节点之间的时间差值可以以建立以2个信标节点位置为焦点的双曲线方程,需要定位的未知节点就在这对双曲线的某一条分支上。若有3个不同的信标节点,则可建立两个双曲线方程,求解双曲线的交点即可得知