【正文】 g Talk First）的方式。標(biāo)簽和閱讀器之間的信息交互是采用詢問(wèn)應(yīng)答的方式進(jìn)行的，因此必須有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，時(shí)序由閱讀器提供。這是通過(guò)天線進(jìn)行的，RFID標(biāo)簽和閱讀器都有各自的天線。56 kHz，典型10～20cm）變壓器模型，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。8 kHz，典型3～10m）雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。微電機(jī)系統(tǒng)（microelectromechanism system，簡(jiǎn)稱(chēng) MEMS ）、無(wú)線通信和數(shù)字電子技術(shù)的進(jìn)步孕育了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network，簡(jiǎn)稱(chēng) WSN ）。傳感器節(jié)點(diǎn)必須明確自身位置才能詳細(xì)說(shuō)明“在什么位置或區(qū)域發(fā)生了特定時(shí)間”，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部目標(biāo)的定位和追蹤。圖31 WSN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等各項(xiàng)技術(shù)。大量傳感器布置在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部或附近， 能通過(guò)自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐步地進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)多跳路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)?；谝苿?dòng)信標(biāo)的未知節(jié)點(diǎn)定位有很多優(yōu)點(diǎn)，如定位成本低、容易達(dá)到很高的定位精度、易于實(shí)現(xiàn)三維定位等。（2）物理定位與符號(hào)定位。（3）集中式計(jì)算與分布式計(jì)算定位。基于移動(dòng)信標(biāo)的未知節(jié)點(diǎn)定位有很多優(yōu)點(diǎn)，如定位成本低、容易達(dá)到很高的定位精度、可實(shí)現(xiàn)分布式定位計(jì)算、易于實(shí)現(xiàn)三維定位等。事實(shí)上，已有許多系統(tǒng)和算法能夠解決 WSN 自身定位問(wèn)題。定位技術(shù)首要的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是定位精度，一般用誤差值與節(jié)點(diǎn)無(wú)線射程的比例表示。不同的定位系統(tǒng)或算法也許可在園區(qū)內(nèi)、建筑物內(nèi)、一層建筑物或僅僅是一個(gè)房間內(nèi)實(shí)現(xiàn)定位。錨節(jié)點(diǎn)定位通常依賴人工部署或GPS實(shí)現(xiàn)。（4）節(jié)點(diǎn)密度。（5）容錯(cuò)性和自適應(yīng)行。（6）功耗。定位系統(tǒng)或算法的代價(jià)可從幾個(gè)不同方面來(lái)評(píng)價(jià)。上述7個(gè)性能指標(biāo)不僅是評(píng)價(jià) WSN 自身定位系統(tǒng)和算法的標(biāo)準(zhǔn)，也是其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化目標(biāo)。節(jié)點(diǎn)定位算法分為兩類(lèi): 基于距離(range based)的定位算法和距離無(wú)關(guān)(range free)的定位算法前者需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的距離和角度信息，再使用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法等來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置；后者僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等信息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)定位，降低了對(duì)節(jié)點(diǎn)硬件的要求，但是定位誤差也相應(yīng)地有所增加。TOA的精確性高，但也要求節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，因此,對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗的要求也相當(dāng)高。這種方式在絕大多數(shù)的WSM的應(yīng)用中是很難實(shí)現(xiàn)的。TDOA方法不要求知道信號(hào)傳播的具體時(shí)間，還可以消除或減少在所有接收機(jī)上由于信道產(chǎn)生的共同誤差，在通常情況下，定位精度高于TOA方法。接收機(jī)通過(guò)天線陣列測(cè)出電波的入射角，從而構(gòu)成一根從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的徑向連線，即測(cè)位線，移動(dòng)臺(tái)的二維位置坐標(biāo)可通過(guò)兩根測(cè)位線的交點(diǎn)獲得。（4）DPEDPE(Directed Position Estimation)是一種只需要2個(gè)參考點(diǎn)就能進(jìn)行定位的遞增式定位算法。該算法的中心思想是未知節(jié)點(diǎn)以所有在其通信范圍內(nèi)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的集合質(zhì)心作為自己的估計(jì)位置。（2）DVHop 算法DVHop(Distance Vector Hop) 算法是 Niculescu 等為了避免對(duì)節(jié)點(diǎn)間距離的直接測(cè)量而提出的。最后，當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)獲得3個(gè)或更多錨節(jié)點(diǎn)的距離時(shí)，則執(zhí)行三邊測(cè)量定位計(jì)算出節(jié)點(diǎn)位置。DVdistance算法與DVHop類(lèi)似，所不同的是相鄰節(jié)點(diǎn)使用RSSI測(cè)量節(jié)點(diǎn)間點(diǎn)到點(diǎn)距離，然后，利用類(lèi)似于距離矢量路由的方法傳播與參考節(jié)點(diǎn)的累計(jì)距離。（4）Amorphous 算法Amorphous算法又稱(chēng)不定型算法，是在不定型計(jì)算機(jī)上使用的定位算法，與DVHop算法類(lèi)似。與DVHop算法不同的是，Amorphous算法假定預(yù)先知道網(wǎng)絡(luò)的密度，然后離線計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的平均每跳距離，最后當(dāng)獲得三個(gè)或更多錨節(jié)點(diǎn)的梯度值后，位置節(jié)點(diǎn)計(jì)算與每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離，并使用三邊測(cè)量法和最大似然估計(jì)法估算自身位置。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型定位系統(tǒng)1. Cricket 定位支持系統(tǒng)Cricket 定位支持系統(tǒng)采用TDOA原理測(cè)距，提出了利用傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)支持定位的方法。未知節(jié)點(diǎn)使用TDOA技術(shù)測(cè)量其與錨節(jié)點(diǎn)的距離，當(dāng)它能夠獲得三個(gè)以上錨節(jié)點(diǎn)距離時(shí)，即用三邊測(cè)量法提供物理定位，否則就以房間為單位提供符號(hào)定位。特點(diǎn)是適用于室內(nèi)環(huán)境，具有較高的精確性和實(shí)時(shí)性，時(shí)間同步和錨節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)問(wèn)題容易解決。標(biāo)簽傳感器接收到紅外信號(hào)后將信息傳遞給中央處理器，集中處理后再把計(jì)算結(jié)果通知用戶。正常狀態(tài)下，各個(gè)節(jié)點(diǎn)向中央處理器匯聚數(shù)據(jù)，然后通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容比較得出結(jié)果。采集信號(hào)強(qiáng)度值（RSSI）根據(jù)室內(nèi)信號(hào)傳播模型和RSSI值計(jì)算距離根據(jù)距離，參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和定位算法對(duì)位置進(jìn)行計(jì)算圖41 基于RSSI 定位流程圖 RSSI作為信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距法，在已知發(fā)射功率，在接收節(jié)點(diǎn)測(cè)量接收功率，計(jì)算傳播損耗，使用理論或經(jīng)驗(yàn)的信號(hào)傳播模型將傳播損耗轉(zhuǎn)化為距離。各種節(jié)點(diǎn)自身定位算法適合于不同的應(yīng)用環(huán)境，加權(quán)質(zhì)心定位算法針對(duì)大規(guī)模隨機(jī)散步野外應(yīng)用環(huán)境，這類(lèi)應(yīng)用大都不需要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確定位，只需要知道節(jié)點(diǎn)的大概區(qū)域就可滿足要求，同時(shí)要求硬件成本低、定位過(guò)程通信開(kāi)銷(xiāo)小、節(jié)點(diǎn)能量消耗小。 無(wú)線電傳播路徑損耗模型分析無(wú)線電傳播路徑損耗對(duì)于RSSI定位算法的定位精度有很大影響。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，由于多徑、繞射、障礙物等因素，無(wú)線電傳播路徑損耗與理論值相比有變化。其只與天線本身性能有關(guān)，與環(huán)境無(wú)關(guān)。x=X。 %天線增益F=f。d=10*exp(C)。在室內(nèi)環(huán)境下實(shí)測(cè)得到的RSSI與節(jié)點(diǎn)間距離的關(guān)系曲線如圖44所示。而當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)能收到第三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)D發(fā)出的定位信號(hào)時(shí)，可以得到；通過(guò)比較與的大小就可確定節(jié)點(diǎn)的位置，即值小的為傳感器節(jié)點(diǎn)點(diǎn)位置。圖45 Euclidean 定位方法采用改進(jìn)Euclidean定位，可以確定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)三角形以外的傳感器節(jié)點(diǎn)位置。從圖43看出，節(jié)點(diǎn)到信號(hào)源的距離越近，由RSSI的偏差產(chǎn)生的絕對(duì)距離誤差越小。信標(biāo)選擇原則如下：一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)可能收到個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，應(yīng)當(dāng)采用RSSI大的前幾個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位計(jì)算。為提高定位精度，加權(quán)質(zhì)心算法的基本思想是在改進(jìn)Euclidean 定位計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)加權(quán)因子來(lái)體現(xiàn)洗標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)決定權(quán)的大小，利用加權(quán)因子體現(xiàn)各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置的影響程度，反映他們之間的內(nèi)在關(guān)系。 算法過(guò)程（1）實(shí)驗(yàn)中假設(shè)待測(cè)標(biāo)簽為A，三個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為B=（0,0），C=（0,4），D=（4,4），假設(shè)待測(cè)標(biāo)簽與各節(jié)點(diǎn)距離為，在matlab中對(duì)上述算法編寫(xiě)m文件如圖46。[x,y]=solve(39。,39。)運(yùn)行結(jié)果：x = y= 4 0 4 0圖46 MATLAB環(huán)境中求解待測(cè)點(diǎn)A的可能位置坐標(biāo)將計(jì)算結(jié)果帶入接下來(lái)的計(jì)算（如圖47所示）進(jìn)行比較與的大小就可確定節(jié)點(diǎn)的位置為AD=(4,0)。x1=4。d5=sqrt((x20)^2+(y20)^2)。A=(%d,%d)\n39。d=[4 4*(2^) 4]。x2=(1/(d(1)+d(2)))+(1/(d(2)+d(3)))+(1/(d(1)+d(3)))。Y=y1/y2。 [x,y]=solve(39。,39。,39?？臻g定位中，至少需要4根天線才可以準(zhǔn)確定位未知節(jié)點(diǎn)范圍，如圖411所示。由于閱讀器讀到的相近位置標(biāo)簽的RSSI也是相近的。能處理比較復(fù)雜的環(huán)境，是一種實(shí)用的定位方法。而這會(huì)增加成本，并且可能產(chǎn)生射頻干擾現(xiàn)象。假設(shè)有個(gè)PFID閱讀器，個(gè)參考標(biāo)簽，個(gè)待定位標(biāo)簽。越小，參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽距離越近。表示的是根據(jù)算法球的待定位標(biāo)簽的位置。假設(shè)其中有一個(gè)最鄰近參考標(biāo)簽為待定位標(biāo)簽，我們通過(guò)該集合中的其余個(gè)標(biāo)簽坐標(biāo)來(lái)求其坐標(biāo)。Yiyang Zhao等提出了一種新的算法VIRE：基于有源RFID使用虛擬標(biāo)簽消除的定位方法。在VIRE方法中，直接采用線性插值的方法來(lái)獲取虛擬參考標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度。若最后得到的區(qū)域數(shù)為n，則可以通過(guò)下式算出待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)： ()其中權(quán)重；表示虛擬參考標(biāo)簽和被定位標(biāo)簽偏差，是最后所得區(qū)域密度的相關(guān)函數(shù)。（2）參考標(biāo)簽與待測(cè)標(biāo)簽周期性發(fā)送自身信息：節(jié)點(diǎn)ID、自身位置信息；（3）天線接收到信息后，記錄各個(gè)參考標(biāo)簽信息，并由閱讀器讀出各節(jié)點(diǎn)相應(yīng)RSSI值，予以記錄；（4）對(duì)所接不同天線接收到的標(biāo)簽信號(hào)建立RSSI與標(biāo)簽位置坐標(biāo)的映射。im}；②參考標(biāo)簽在各個(gè)天線測(cè)到的RSSI值集合：a={a1，a2，a3，dm}， Tc1 Tc2 Tc3 Tc4 Tc5 Tc6 Tc7 Tc8 Tc9 Tc10 Tc11 Tc12 Tc13 Tc14 Tc15。C=sqrt((T(1,3)S(1))^2+(T(2,3)S(2))^2+(T(3,3)S(3))^2+(T(4,3)S(4))^2)。G=sqrt((T(1,7)S(1))^2+(T(2,7)S(2))^2+(T(3,7)S(3))^2+(T(4,7)S(4))^2)。K=sqrt((T(1,11)S(1))^2+(T(2,11)S(2))^2+(T(3,11)S(3))^2+(T(4,11)S(4))^2)。O=sqrt((T(1,15)S(1))^2+(T(2,15)S(2))^2+(T(3,15)S(3))^2+(T(4,15)S(4))^2)。A B C D E F G H I J K L M N O]for i=1:15 。 TIy T2y T3y T4y T5y T6y T7y T8y T9y T10y T11y T12y T13y T14y T15y。M=sqrt((T(1,13)S(1))^2+(T(2,13)S(2))^2+(T(3,13)S(3))^2+(T(4,13)S(4))^2)。I=sqrt((T(1,9)S(1))^2+(T(2,9)S(2))^2+(T(3,9)S(3))^2+(T(4,9)S(4))^2)。E=sqrt((T(1,5)S(1))^2+(T(2,5)S(2))^2+(T(3,5)S(3))^2+(T(4,5)S(4))^2)。 A=sqrt((T(1,1)S(1))^2+(T(2,1)S(2))^2+(T(3,1)S(3))^2+(T(4,1)S(4))^2)。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)matlab環(huán)境下建立m文件，程序如下：function =E(x)T=[Ta1 Ta2 Ta3 Ta4 Ta5 Ta6 Ta7 Ta8 Ta9 Ta10 Ta11 Ta12 Ta13 Ta14 Ta15。nm}；③待測(cè)標(biāo)簽在各天線中測(cè)到的RSSI值集合：S={S1，S2，S3，S4，bm}，c={c1，c2，c3， VIRE方法引入了虛擬參考標(biāo)簽的概念，使得在不增加額外的標(biāo)簽的前提下提高了定位精度，并且實(shí)驗(yàn)表明VIRE方法對(duì)環(huán)境也有較好的適應(yīng)性，在復(fù)雜和封閉的環(huán)境中也有較高的精度。每一個(gè)閱讀器都有一幅對(duì)應(yīng)的近似圖，如果閱讀器讀到的近似圖中某些區(qū)域的RSSI與讀到的待定位標(biāo)簽的RSSI值差的絕對(duì)值在某個(gè)閾值(thresh—old)之內(nèi)，則將這些區(qū)域標(biāo)記。VIRE方法中，所有的參考標(biāo)簽被規(guī)則的放置成一個(gè)平面網(wǎng)格，跟蹤標(biāo)簽則放置在這個(gè)網(wǎng)格內(nèi)。其誤差因子為： ()其中，為最鄰近參考標(biāo)簽的真實(shí)坐標(biāo)，可以通過(guò) 1）求得。1）首先，通過(guò)LANDMARC算法獲得待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)和個(gè)最鄰近參考標(biāo)簽。推算出待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為：，其中為待定位標(biāo)簽坐標(biāo)。對(duì)于參考標(biāo)簽，定義相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度矢量為，其中表示參考標(biāo)簽在閱讀器上的值。通過(guò)比較參考點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度值與帶定位標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值，求出離待定位標(biāo)簽距離最近的幾個(gè)趕考標(biāo)簽。在一些封閉環(huán)境中。LANDMARC方法具有較高的定位精度。它使用接收到的信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI（Received Signal Strength Indicator)來(lái)確定待定位物體的位置。)Warning: 3 equations in 2 variables. In solve at 113 x = 4y = 0 圖49 MATLAB中利用求解方程組求解待測(cè)點(diǎn)A的可能位置坐標(biāo)（3）繪制平面中三節(jié)點(diǎn)確定一待定目標(biāo)位置圖如圖410所示。,39。,39。A=(%d,%d)\n39。y1=(y(1)/(d(1)+d(2)))+(y(2)/(d(2)+d(3)))+(y(3)/(d(1)+d(3)))。y=[0 0 0]。A=(%d,%d)\n39。L2=abs(d5d1)/d5。y=0。d2=4*(2^)。,39。,39。d2=4*(2^)。因子、體現(xiàn)了距離位置節(jié)點(diǎn)越近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)其坐標(biāo)坐標(biāo)的影響力。后面進(jìn)行的方針計(jì)算也證明了這點(diǎn)?；谏厦娴姆治?，加權(quán)質(zhì)心定位算法提出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)影響力概念，即在定位算法中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置都有影響力，RSSI越大的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，影響力越大，對(duì)節(jié)點(diǎn)位置有更大的決定權(quán)。所以，改進(jìn)Euclidean定位方法不要求信標(biāo)節(jié)點(diǎn)一定要布置在邊界附近。取這三個(gè)點(diǎn)的質(zhì)心，可以得到的近似位置： （） （）當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)信號(hào)時(shí)，可以構(gòu)成個(gè)三角形，每個(gè)三角形可產(chǎn)生一個(gè)近似的位置坐標(biāo)。在實(shí)際中，某一時(shí)間段內(nèi)接收節(jié)點(diǎn)可以收到n個(gè)RSSI值，由于非視距和多徑的影響，導(dǎo)致這些RSSI 值具有很大的波動(dòng)性。圖43 常態(tài)分布模型繪制的強(qiáng)度（RSSI）曲線圖圖43為經(jīng)驗(yàn)公式中信號(hào)強(qiáng)度與待測(cè)距離之間的關(guān)系。B=P+GA。 %接收到的信號(hào)強(qiáng)度P=p。R