無線傳感網(wǎng)定位技術(shù)(已修改)
2025-01-24 13:24 本頁面
【正文】 無線傳感網(wǎng) 定位技術(shù) ?一、 引言 ?二、 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)基本概念 ?三、 基于距離的定位算法 ?四、 與距離無關(guān)的定位算法 ?五、 總結(jié) 一、引言 ? 傳感器節(jié)點(diǎn)自身定位就是根據(jù) 少數(shù)已知位置的節(jié)點(diǎn) ，按照某種定位機(jī)制確定自身位置。只有在傳感器節(jié)點(diǎn)自身正確定位之后，才能確定傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到的事件發(fā)生的具體位置，這需要監(jiān)測到該事件的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作，并利用它們自身的位置信息，使用特定定位機(jī)制確定事件發(fā)生的位置。 一、引言 全球定位系統(tǒng) GPS(Global Position System)是目前應(yīng)用最廣泛，通過衛(wèi)星的授時(shí)和測距對(duì)用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，具有定位精度高、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是 GPS定位適應(yīng)于無遮擋的室外環(huán)境，用戶節(jié)點(diǎn)通常能耗高體積大，成本也比較高，需要固定的基礎(chǔ)設(shè)施等 ，這使得不適用于低成本自組織的傳感網(wǎng)。為每個(gè)傳感器安裝 GPS模塊等這些傳統(tǒng)定位手段并不實(shí)際，甚至在某些場合可能根本無法實(shí)現(xiàn)，因此必須采用一定的機(jī)制與算法實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的自身定位 二、節(jié)點(diǎn) 定位技術(shù)基本概念 1．定位的含義 ? 無線傳感網(wǎng)定位問題是指網(wǎng)絡(luò)通過特定方法提供節(jié)點(diǎn)的位置信息。 ? 其定位方式可分為節(jié)點(diǎn) 自身定位 和 目標(biāo)定位 。 ? 自身定位： 是確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置的過程。節(jié)點(diǎn)自身定位是網(wǎng)絡(luò)自身屬性的確定過程，可以通過人工標(biāo)定或者各種節(jié)點(diǎn)的自定位算法完成。 ? 目標(biāo)定位： 是確定網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)一個(gè)事件或者一個(gè)目標(biāo)的坐標(biāo)位置。目標(biāo)定位是以位置已知的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為參考，確定事件或者目標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)所在的位置。 二、節(jié)點(diǎn) 定位技術(shù)基本概念 ? 位置信息有多種分類方法。通常有 物理位置 和 符號(hào)位置 兩大類。 ? 物理位置指目標(biāo)在特定坐標(biāo)系下的位置數(shù)值，表示目標(biāo)的 相對(duì)或者絕對(duì)位置 。 ? 符號(hào)位置指目標(biāo)與一個(gè)基站或者多個(gè)基站接近程度的信息，表示目標(biāo)與基站之間的 連通關(guān)系 ，提供目標(biāo)大致的所在范圍。 ? 在很多傳感網(wǎng)應(yīng)用場合中，必須知道各節(jié)點(diǎn)物理位置的坐標(biāo)信息。通過人工測量或配置來獲得節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的方法往往不可行。通常傳感網(wǎng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的相互測距和信息交換，形成一套全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。這才是經(jīng)濟(jì)和可行的定位方案。 從廣義上來講，無線傳感網(wǎng)的定位問題包括傳感器節(jié)點(diǎn)的自身定位和對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的定位。目標(biāo)定位側(cè)重于傳感網(wǎng)在目標(biāo)跟蹤方面的應(yīng)用，是對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的位置估計(jì)，它以先期的節(jié)點(diǎn)自身定位為基礎(chǔ)。從不同的角度出發(fā)，無線傳感網(wǎng)的定位方法可以進(jìn)行如下分類。 （ 1）根據(jù)是否依靠測量距離，分為 基于測距的定位 和 不需要測距的定位。 （ 2）根據(jù)部署的場合不同，分為室內(nèi)定位和室外定位。 （ 3）根據(jù)信息收集的方式，網(wǎng)絡(luò)收集傳感器數(shù)據(jù)用于節(jié)點(diǎn)定位被稱為被動(dòng)定位，節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)出信息用于定位被稱為主動(dòng)定位。 2．基本術(shù)語 ? （ 1）信標(biāo)節(jié)點(diǎn)：指預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)，也被稱作錨點(diǎn)。其余節(jié)點(diǎn)被稱為非錨點(diǎn)。 ? （ 2）測距：指兩個(gè)相互通信的節(jié)點(diǎn)通過測量的方式來估計(jì)出彼此之間的距離或角度。 ? （ 3）連接度：包括節(jié)點(diǎn)連接度和網(wǎng)絡(luò)連接度兩種含義。 ? 節(jié)點(diǎn)連接度是指節(jié)點(diǎn)可探測發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。 ? 網(wǎng)絡(luò)連接度是所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目的平均值，它反映了傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)配置的密集程度 。 ? （ 4）鄰居節(jié)點(diǎn)：傳感節(jié)點(diǎn)通信半徑以內(nèi)的所有其他節(jié)點(diǎn)，被稱為該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。 2．基本術(shù)語 ? （ 5）接收信號(hào)強(qiáng)度指示（ Received signal Strength Indicator， RSSI）：節(jié)點(diǎn)接收到無線信號(hào)的強(qiáng)度大小，被稱為接收信號(hào)的強(qiáng)度指示。 ? （ 6）到達(dá)角度（ Angle of Arrival， AoA）：節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對(duì)于自身軸線的角度，被稱為信號(hào)相對(duì)接收節(jié)點(diǎn)的到達(dá)角度。 ? （ 7）視線關(guān)系（ Line of sight， LoS） :如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒有障礙物，能夠?qū)崿F(xiàn)直接通信，則稱這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在視線關(guān)系。 ? （ 8）非視線關(guān)系（ None Line of sight， NLoS）：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在障礙物，影響了它們直接的無線通信。 3．定位性能的評(píng)價(jià)指標(biāo) ? （ 1）定位精度： ? 定位精度指提供的位置信息的精確程度，它分為相對(duì)精度和絕對(duì)精度。 ?絕對(duì)精度指以長度為單位度量的精度。例如， GPS的精度為 1～ 10m，現(xiàn)在使用 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的精度約 5m。一些商業(yè)的室內(nèi)定位系統(tǒng)提供 30cm的精度，可以用于工業(yè)環(huán)境、物流倉儲(chǔ)等場合。 ?相對(duì)精度通常以節(jié)點(diǎn)之間距離的百分比來定義。例如，若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離是 20m，定位精度為 2m，則相對(duì)定位精度為 10％。 3．定位性能的評(píng)價(jià)指標(biāo) ? （ 2）覆蓋范圍： ? 覆蓋范圍和定位精度是一對(duì)矛盾性的指標(biāo)。例如
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