無線傳感網(wǎng)定位技術(shù)-預覽頁
【正文】 器節(jié)點自身定位就是根據(jù) 少數(shù)已知位置的節(jié)點 ，按照某種定位機制確定自身位置。為每個傳感器安裝 GPS模塊等這些傳統(tǒng)定位手段并不實際，甚至在某些場合可能根本無法實現(xiàn)，因此必須采用一定的機制與算法實現(xiàn)傳感器節(jié)點的自身定位 二、節(jié)點 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)絡通過特定方法提供節(jié)點的位置信息。 ? 目標定位： 是確定網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)一個事件或者一個目標的坐標位置。 ? 物理位置指目標在特定坐標系下的位置數(shù)值，表示目標的 相對或者絕對位置 。通常傳感網(wǎng)能夠通過網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點之間的相互測距和信息交換，形成一套全網(wǎng)節(jié)點的坐標。從不同的角度出發(fā)，無線傳感網(wǎng)的定位方法可以進行如下分類。 2．基本術(shù)語 ? （ 1）信標節(jié)點：指預先獲得位置坐標的節(jié)點，也被稱作錨點。 ? 節(jié)點連接度是指節(jié)點可探測發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點個數(shù)。 ? （ 6）到達角度（ Angle of Arrival， AoA）：節(jié)點接收到的信號相對于自身軸線的角度，被稱為信號相對接收節(jié)點的到達角度。 ?絕對精度指以長度為單位度量的精度。例如，若兩個節(jié)點之間距離是 20m，定位精度為 2m，則相對定位精度為 10％。提供大范圍內(nèi)的高精度通常是難以實現(xiàn)的。因此，刷新速度會影響定位系統(tǒng)實際工作提供的精度，它還會影響位置控制者的現(xiàn)場操作。 ? （ 5）代價： ? 定位系統(tǒng)或算法的代價可從幾個不同方面來評價。 返回 三、基于 距離的定位算法 ? 基于測距的定位技術(shù)是通過測量節(jié)點之間的距離，根據(jù)幾何關(guān)系計算出網(wǎng)絡節(jié)點的位置。 基本測距 方法 ? （ 1）接收信號強度指示（ RSSI） ? （ 2）到達時間（ ToA） ? （ 3）到達時間差（ TDoA） （ 1）接收 信號強度指示（ RSSI） ?基于 RSSI定位算法，是通過測量發(fā)送功率與接收功率，計算傳播損耗。一般將 RSSI和其他測量方法綜合運用來進行定位。 ? 節(jié)點在計算出多個鄰近的信標節(jié)點后，利用多邊測量算法和極大似然估計算法算出自身的位置。 ? ToA算法的定位精度高，但要求節(jié)點間保持精確的時間同步，對傳感器節(jié)點的硬件和功耗提出了較高的要求。這兩種基于時間的測距方法適用于多種信號，如射頻、聲學、紅外和超聲波信號等。根據(jù)兩種信號的到達時間間隔和各自的傳播速度，未知節(jié)點算出和該信標節(jié)點之間的距離，然后通過比較到各個鄰近信標節(jié)點的距離，選擇出離自身最近的信標節(jié)點，從該信標節(jié)點廣播的信息中取得自身的位置。 ? （ 1）三邊測量法 ? （ 2）三角測量法 ? （ 3）極大似然估計法 （ 1）三邊測量法 ? 三邊測量法（ trilateration）如圖 64所示，已知 A、B、 C三個節(jié)點的坐標分別為 (xa,ya)、 (xb,yb)、(xc,yc)，以及它們到未知節(jié)點 D的距離分別為 da、 db、dc，假設節(jié)點 D的坐標為 (x,y)。最后利用三邊測量法，由三個圓心點及其半徑確定 D點坐標。 ? 與距離無關(guān)的定位算法無須測量節(jié)點間的絕對距離或方位，降低了對節(jié)點硬件的要求。 1．質(zhì)心算法 ? 在計算幾何學里，多邊形的幾何中心被稱為質(zhì)心，多邊形頂點坐標的平均值就是質(zhì)心節(jié)點的坐標。 在未知節(jié)點接收到來自不同信標節(jié)點的分組信息數(shù)量超過某一門限或在接收了一定時間之后，就可以計算這些信標節(jié)點所組成的多邊形的質(zhì)心，并以此確定自身位置。DVHop算法的定位過程分為以下三個階段： 2． DVHOP算法 ? （ 1）計算未知節(jié)點與信標節(jié)點的最小跳數(shù) ? 信標節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播自身的位置信息的分組，其中包括跳數(shù)字段，初始化為 0。如圖 67所示，信標節(jié)點 A廣播的分組以近似于同心圓的方式在網(wǎng)絡中逐次傳播，圖中的數(shù)字代表距離信標節(jié)點 A的跳數(shù)。 ? 這個策略確保了絕大多數(shù)節(jié)點從最近的信標節(jié)點接收每跳平均距離值。經(jīng)過第一階段和第二階段，能夠計算出信標節(jié)點 L L L3間的實際距離和跳數(shù)，那么信標節(jié)點 L2計算的每跳平均距離為d=(40+75)/(2+5)=。不足之處在于，因為它直接測量節(jié)點間的距離，這樣對距離的敏感性要求較高，尤其對測距的誤差很敏感，因此算法的誤差較大。如圖課本 P112頁 69所示，陰影部分區(qū)域是包含未知節(jié)點的所有三角形的重疊區(qū)域，黑點指示的質(zhì)心位置作為未知節(jié)點的位置。為了在靜態(tài)的環(huán)境中觀察三角形內(nèi)點測試，提出了近似的三角形內(nèi)點測試法：假如在節(jié)點的所有鄰居節(jié)點里，相對于節(jié)點沒有同時遠離或靠近三個信標節(jié)點 A、 B、 C，那么節(jié)點 M在三角形 ABC內(nèi)；否則，節(jié)點 M在三角形 ABC外。 返回 總結(jié) ? 基于距離的定位機制是通過測量相鄰節(jié)點間的實際距離或方位來計算未知節(jié)點的值。 ? 距離無關(guān)的定位機制無需實際測量節(jié)點間的絕對距離或方位就能夠計算未知節(jié)點的位置，目前主要有質(zhì)心算法、 DVHop算法、APIT
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