【正文】
interconnection equipment into a business platform, among them, the bearing is a position for users realize all kinds of valueadded business key, all kinds of location based mobile business information emerge in endlessly.This paper introduces existing in wireless sensor network positioning technology, on the basis of the introduction to the wireless rf technology in the field of RFID positioning technology, and discussed the application according to the test signal strength loss model based on distance and not based on the distance of the two categories algorithm. Lists the positioning of the main application fields. This paper mainly based on indoor accept signal strength to the location of the technology were discussed.Key Words: Wireless sensor network。但是受定位時(shí)間、定位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制,比較完善的定位技術(shù)目前還無(wú)法很好地利用。雖然紅外線具有相對(duì)較高的室內(nèi)定位精度,但是由于光線不能穿過(guò)障礙物,使得紅外射線僅能視距傳播。無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)是一種全新的信息獲取平臺(tái),可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù),而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它介于射頻識(shí)別和藍(lán)牙之間,也可以用于室內(nèi)定位。常用的室內(nèi)定位技術(shù)有紅外線定位、超聲波定位、基于IEEE802. 11無(wú)線定位和射頻識(shí)別RFID 定位技術(shù)等。現(xiàn)主要應(yīng)用于物流和供應(yīng)管理 、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運(yùn)包裹處理、文檔追蹤/圖書(shū)館管理、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、門禁控制/電子門票、道路自動(dòng)收費(fèi)等領(lǐng)域。RSSI測(cè)量在硬件上是相當(dāng)便宜和簡(jiǎn)單的, 且原則上只要芯片之間能夠通信, 就能夠估測(cè)出二者之間的距離, 因此其應(yīng)用范圍十分廣泛。它存放的識(shí)別信息是數(shù)字化的,因此通過(guò)編碼技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。 天線(Antenna)天線在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信號(hào)。主動(dòng)式標(biāo)簽用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給閱讀器;被動(dòng)式標(biāo)簽使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù),它必須利用閱讀器的載波來(lái)調(diào)制自己的信號(hào),該類技術(shù)適合用在門禁或交通應(yīng)用中,因?yàn)殚喿x器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的標(biāo)簽。(典型工作頻率:125 kHz、255 kHz、13。因此必須采用一定的機(jī)制與算法實(shí)現(xiàn) WSN 的自身定位。與物理定位相比,符號(hào)定位適用于某些特定的應(yīng)用場(chǎng)合。(2)規(guī)模。因此,定位系統(tǒng)和算法的軟、硬件必須具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性和自適應(yīng)性,能夠通過(guò)自動(dòng)調(diào)整或重構(gòu)糾正錯(cuò)誤、適應(yīng)環(huán)境、減小各種誤差的影響,以提高定位精度。在已知信號(hào)傳播速度的條件下,根據(jù)信號(hào)的傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算與發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的距離,然后,利用三邊測(cè)量或極大似然估計(jì)算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)位置。這種定位方法也有硬件系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜的問(wèn)題,并且需要兩節(jié)點(diǎn)之間存在視距(LOS)傳輸。(3)DVdistance 算法為了降低節(jié)點(diǎn)的性能要求,BadriNath 等提出了DVdistance 算法。毛紀(jì)誒單隨機(jī)地同時(shí)發(fā)射RF和超聲波信號(hào),RF信號(hào)中包含該錨節(jié)點(diǎn)的位置和ID。其流程圖如圖41所示。這樣根據(jù)式()可得各未知節(jié)點(diǎn)接收信標(biāo)節(jié)點(diǎn)信號(hào)時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度 ()其中天線增益為在輸入功率相等的條件下,實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率之比,定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。C=B/32。 加權(quán)質(zhì)心定位計(jì)算圖43常態(tài)分布模型繪制的強(qiáng)度(RSSI)曲線圖。d3=4。d4=sqrt((x10)^2+(y10)^2)。y2=(1/(d(1)+d(2)))+(1/(d(2)+d(3)))+(1/(d(1)+d(3)))。圖410 平面中三節(jié)點(diǎn)確定一位置節(jié)點(diǎn)示意圖(4)在實(shí)際室內(nèi)定位中,位置節(jié)點(diǎn)定位延伸為空間式定位,因此需要適當(dāng)增加天線數(shù)量以提高定位精度。并根據(jù)最鄰近參考標(biāo)簽的坐標(biāo)加權(quán)求出待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)。2)待定位坐標(biāo)計(jì)算如下: () VIRE算法基于LANDMARC的不足之處。n={n1,n2,n3,F(xiàn)=sqrt((T(1,6)S(1))^2+(T(2,6)S(2))^2+(T(3,6)S(3))^2+(T(4,6)S(4))^2)。 TIz T2z T3z T4z T5z T6z T7z T8z T9z T10z T11z T12z T13z T14z T15z。B=sqrt((T(1,2)S(1))^2+(T(2,2)S(2))^2+(T(3,2)S(3))^2+(T(4,2)S(4))^2)。 算法過(guò)程(1)假設(shè)有1個(gè)待測(cè)標(biāo)簽, m個(gè)參考標(biāo)簽,n個(gè)天線。然后,我們將個(gè)標(biāo)簽及坐標(biāo)為的待定位標(biāo)簽放入一個(gè)集合,該集合共有個(gè)標(biāo)簽。由于信號(hào)的多路徑效應(yīng)(radio signal multi—path effects),使得其定位精度不高:而且為了使得定位能更加準(zhǔn)確,往往需要放置更多的參考標(biāo)簽。x39。x1=(x(1)/(d(1)+d(2)))+(x(2)/(d(2)+d(3)))+(x(3)/(d(1)+d(3)))。d3=4。通過(guò)這種內(nèi)在關(guān)系的反應(yīng)來(lái)達(dá)到提高定位精度的目的。再次利用質(zhì)心算法即可求出節(jié)點(diǎn)的最終位置坐標(biāo)。 %發(fā)射功率G=g。自由空間無(wú)線電傳播路徑損耗模型 ()其中,是距信源的距離,單位 km;是頻率,單位為 MHz;是路徑衰減因子。RADAR 屬于緊密耦合型,系統(tǒng)需要建立一個(gè)環(huán)境中各處RF信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)庫(kù)。 APIT 算法通信開(kāi)銷小、精度高、適合跟蹤,但是算法需要足夠的PIT三角形才能達(dá)到精度要求,這就需要定位節(jié)點(diǎn)的高密度相配合。然后,將其作為一個(gè)校正值傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中,校正值采用可控洪泛法在網(wǎng)絡(luò)中傳播,意味著一個(gè)節(jié)點(diǎn)僅接受獲得的第一個(gè)校正值而丟棄所有后來(lái)者,這個(gè)策略確保了絕大多數(shù)節(jié)點(diǎn)可從最近的錨節(jié)點(diǎn)接受校正值。(3)AOA(Angle of Arrival)到達(dá)角(AOA)方法需要在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加智能天線(SA)才可實(shí)現(xiàn),由兩個(gè)或更多基站通過(guò)測(cè)量接受信號(hào)的到達(dá)角來(lái)估計(jì)移動(dòng)用戶的位置。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)及算法簡(jiǎn)析無(wú)線定位技術(shù)是用來(lái)測(cè)量處于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)物體(人和物)位置的測(cè)量方法或計(jì)算方法。許多定位算法的精度受節(jié)點(diǎn)密度的影響,如 DVHop 算法僅可在節(jié)點(diǎn)密集部署的情況下合理地估算節(jié)點(diǎn)位置。(1)定位精度。而相對(duì)定位通常是以網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)為參考,建立整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用,不知道傳感器位置而感知的數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有意義的。 射頻信號(hào)的耦合類型無(wú)線射頻識(shí)別操作中的一個(gè)關(guān)鍵因素是數(shù)據(jù)的傳輸轉(zhuǎn)換,它發(fā)生在RFID標(biāo)簽與閱讀器之間,成為耦合(Coupling)。在無(wú)線電技術(shù)中,這些頻段的技術(shù)實(shí)現(xiàn)差異很大,因此可以說(shuō),RFID技術(shù)的空中接口覆蓋了無(wú)線技術(shù)的全頻段。根據(jù)不同的應(yīng)用,各種閱讀器在結(jié)構(gòu)和形式上也是千差萬(wàn)別。圖21 自動(dòng)識(shí)別方法綜合示意圖射頻識(shí)別技術(shù)是一種易于操控、簡(jiǎn)單實(shí)用且特別適用于自動(dòng)化控制的應(yīng)用技術(shù),起基本原理是利用射頻信號(hào)耦合(電感或電磁耦合)或雷達(dá)反射的傳輸特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。綜合以上因素以及結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備, 本文選用基于RSSI 測(cè)距的定位方式,結(jié)合三角形定位算法和加權(quán)質(zhì)心定位算法進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽,操作快捷方便。目前很多技術(shù)還處于研究試驗(yàn)階段,如基于磁場(chǎng)壓力感應(yīng)進(jìn)行定位的技術(shù)。理論上,對(duì)于持有集成了藍(lán)牙功能移動(dòng)終端設(shè)備的用戶,只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開(kāi)啟,藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷。超寬帶可用于室內(nèi)精確定位,例如戰(zhàn)場(chǎng)士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)跟蹤等。其缺點(diǎn)是需要移動(dòng)臺(tái)內(nèi)置GPS天線和 GPS芯片等模塊,并且需要支持IS801協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要增加PDE和MPC;定位精度受終端所處環(huán)境的影響較大,如用戶在室內(nèi)或在高大建筑物之間時(shí),由于可見(jiàn)的GPS衛(wèi)星數(shù)量較少,定位精度將降低,甚至無(wú)法完成定位。[2]在此基礎(chǔ)上,還出現(xiàn)了增強(qiáng)型 GPS,輔助GPS 等技術(shù),它們可以廣泛用于航空、航海和野外定位等領(lǐng)域。多種多樣的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)也越來(lái)越引起人們的關(guān)注,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已從原來(lái)的互連設(shè)備轉(zhuǎn)變成一種多業(yè)務(wù)承載平臺(tái),這其中,獲取用戶位置則成為實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)增值業(yè)務(wù)的關(guān)鍵,各種基于位置信息的移動(dòng)業(yè)務(wù)層出不窮。新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),例如 WiFi、WiMax、ZigBee、Adhoc、BlueTooth 和 Ultra Wide Band(UWB),在辦公室、家庭、工廠、公園等大眾生活的方方面面得到了廣泛應(yīng)用,基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)的應(yīng)用更加具有廣闊的發(fā)展前景[1]。為了得到較高的信號(hào)靈敏度,就需要延長(zhǎng)在每個(gè)碼延遲上的停留時(shí)間,AGPS技術(shù)為這個(gè)問(wèn)題的解決提供了可能性。超聲波測(cè)距主要采用反射式測(cè)距法,通過(guò)三角定位等算法確定物體的位置,即發(fā)射超聲波并接收由被測(cè)物產(chǎn)生的回波,根據(jù)回波與發(fā)射波的時(shí)間差計(jì)算出待測(cè)距離,有的則采用單向測(cè)距法。但是,如果定位的測(cè)算僅僅依賴于哪個(gè)WiFi的接入點(diǎn)最近,而不是依賴于合成的信號(hào)強(qiáng)度圖,那么在樓層定位上很容易出錯(cuò)。UWB由于功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn),在眾多無(wú)線定位技術(shù)中脫穎而出,成為未來(lái)無(wú)線定位技術(shù)的熱點(diǎn)。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息,且傳輸范圍很大,成本較低。而不基于測(cè)距的定位機(jī)制無(wú)需距離或角度信息, 或無(wú)需直接測(cè)量這些信息, 僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性等信息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位, 如質(zhì)心法、DVHop 法、無(wú)定形算法、APIT算法。2 射頻識(shí)別技術(shù)(RFID) 射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)及其特點(diǎn)Radio Frequency Identification (RFID)通稱電子標(biāo)簽技術(shù),也稱射頻識(shí)別技術(shù),是無(wú)線電頻率識(shí)別的簡(jiǎn)稱,即通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行識(shí)別。圖22 RFID組成電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)中的重要部件,主要由天線和芯片兩部分組成,芯片主要由存儲(chǔ)器、控制器、編碼器、調(diào)制器等組成,其中電源根據(jù)標(biāo)簽的發(fā)射功率選配。5GHz;④超高頻(SHF,頻率范圍3~30GHz):工作頻率為5。(5)根據(jù)RFID系統(tǒng)標(biāo)簽和讀頭之間的通信工作時(shí)序分類時(shí)序指的是讀頭和標(biāo)簽的工作次序問(wèn)題,即是讀頭主動(dòng)喚醒標(biāo)(RTF, Reader Talk First)還是標(biāo)簽首先自報(bào)家門(TTF,Tag Talk First)的方式。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。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、可實(shí)現(xiàn)分布式定位計(jì)算、易于實(shí)現(xiàn)三維定位等。錨節(jié)點(diǎn)定位通常依賴人工部署或GPS實(shí)現(xiàn)。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)。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。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。(4)Amorphous 算法Amorphous算法又稱不定型算法,是在不定型計(jì)算機(jī)上使用的定位算法,與DVHop算法類似。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。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)銷小、節(jié)點(diǎn)能量消耗小。x=X。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。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。,39。A=(%d,%d)\n39。 [x,y]=solve(39。由于閱讀器讀到的相近位置標(biāo)簽的RSSI也是相近的。越小,參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽距離越近。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。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)。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)。 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。bm},c={c1,c2,c3,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。推算出待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為:,其