【正文】 該定位算法的優(yōu)勢在于不僅能夠給出目標(biāo)定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并且還能夠提供目標(biāo)定位節(jié)點(diǎn)的角度方位信息 。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于作為一種粗糙測距技術(shù)的 RSSI 要受到反射、多徑傳播、天線增益等因素的影響，會產(chǎn)生較大的測距誤差，具有極大的限制。 1)基于 RSSI 的定位算法 基于 RSSI 的定位算法是指通過利用 RSSI 測距技術(shù)測量節(jié)點(diǎn)之間距離而實(shí)現(xiàn)定位。 1)最小二乘法 （ LS， Least Square） 2)極大似然估計(jì)法 （ MLE, Maximum Likelihood Estimation） 3)最小均方差 （ MMSE， Minimum Mean Square Error） 4)數(shù)據(jù)融合 （ Data Fusion） 最常用極大似然估計(jì)法，比如 用此方法對多邊定位所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以通過式()得到未知節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)如下 。 未 知 節(jié) 點(diǎn) ( , )Fxy 通 過 測 量 到1 , 1 2 2 3 , 3 4 , 4( ) ( , ) ( ) ( )A x y B x y C x y D x y、 、 、等總共 M 個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離。 3． 多邊定位 實(shí)際中，通常在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)多于三個(gè)，因此，在具體應(yīng)用過 程中通常采用多邊定位來提高定位精度。由錨節(jié)點(diǎn) 1A、 3A 和角 ? 可以通過下式確定以 1 1 1( , )OOO x y 為圓心， 1Or 為半徑的圓。隨著測試次數(shù)的增加，該方法的定位精度會隨之提高。假設(shè)節(jié)點(diǎn) N 的坐標(biāo) (, )xy 。則ACL 和 BCL 可用下式進(jìn)行估算 ： ABAC ACABABBC BCABLLHHLLHH? ????? ??? () 3． 2． 3 目標(biāo)位置計(jì)算方法 現(xiàn)有的目標(biāo)位置計(jì)算方法有 ： 三邊定位、三角定位以及多邊定位等。 6． 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通度估算兩節(jié)點(diǎn)之間的距離 如 DVhop 算法中估算兩節(jié)點(diǎn)之間距離的方法。因此，應(yīng)用于大規(guī)模部署的無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有很大的困難。另外， TDOA 技術(shù)對硬件要求較高，傳感器節(jié)點(diǎn)不僅需要精確的時(shí)鐘記錄兩種信號的到達(dá)的時(shí)間差，同時(shí)還需要具備感知不同無線信號的硬件設(shè)備，這直接增加了節(jié)點(diǎn)的硬件數(shù)量和能耗，不利于節(jié)點(diǎn)持久工作。 10()d T T V?? () 3 0 2 1[ ( ) ( ) ]2T T T T Vd ? ? ?? () 3． 時(shí)間差測距 時(shí)間差測距技術(shù)是 未 知節(jié)點(diǎn)通過記錄來自同一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的兩種不同無線信號睡常為超聲波信號和射頻信號 )到達(dá)時(shí)間的差，根據(jù)兩種信號的已知傳播速度，把時(shí)間差轉(zhuǎn)化為距離。該方法的誤差來源于第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理延時(shí)，可以通過預(yù)先校準(zhǔn)等方法來獲得比較準(zhǔn)確的估計(jì)。該技術(shù)的計(jì)算方法 可以分為以下兩種 。 2． 傳播時(shí)間測距 傳播時(shí)間測距技術(shù)通過測量信號傳播時(shí)間來測量距離，精度較好。通常將其看作為一種粗糙的測距技術(shù)。此外，還有一些間接測距的定位算法，如 DVhop。 第二步，運(yùn)用適當(dāng)?shù)奈恢霉浪惴椒▽?shí)現(xiàn)位置估計(jì) 。 3． 在沒有特別說明的情況下，所有節(jié)點(diǎn)具有相同的最大通信半徑 。一種較合理的方法就是在網(wǎng)絡(luò)中部署少量的錨節(jié)點(diǎn)，然后網(wǎng)絡(luò)利用這些錨節(jié)點(diǎn)來估算其它節(jié)點(diǎn)的位置。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，優(yōu)化的路由可以提高系統(tǒng)性能、安全性，從而節(jié)省寶貴的電能。 4． 定向信息查詢 如果管理節(jié)點(diǎn)需要知道某一個(gè)監(jiān)測區(qū)內(nèi)的狀態(tài)或是否有事件發(fā)生，可以將監(jiān)測任務(wù)發(fā)布到這個(gè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定向的信息查詢。 3． 事件的監(jiān)控 事件監(jiān)控是指通過網(wǎng)絡(luò)對某些感興趣的事件進(jìn)行監(jiān)控。例如在戰(zhàn)場上實(shí)時(shí)的跟蹤 并報(bào)告敵方運(yùn)動(dòng)態(tài)勢以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施 。無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)通常具體應(yīng)用在以下幾方面 : 1． 導(dǎo)航 導(dǎo)航是定位最基本的用途，但在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中這項(xiàng)功能并不突出，但也有這方面的應(yīng)用。 4． 分布式計(jì)算 每個(gè)節(jié)點(diǎn)自己對自身的位置進(jìn)行估算，不需要將所有信息傳送到某個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中計(jì)算。 1． 自組織性 通常無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)布設(shè)的，不能依靠全局的基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)助確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置所在。 空洞 :空洞就是一個(gè)沒有節(jié)點(diǎn)存在的區(qū)域。 非視線關(guān)系 :兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在障礙物。 到達(dá)時(shí)間差 :兩種不同傳播速度的信號從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間差。 測距 :測量相互能夠通信的節(jié)點(diǎn)之間的距離。 3． 1． 2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)有關(guān)術(shù)語 無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位用到的有關(guān)術(shù)語主要有 : 未知節(jié)點(diǎn) : WSN 中不能自主定位，需要依賴定位算法和已知位置信息的節(jié)點(diǎn)來定位的節(jié)點(diǎn)。目標(biāo)定位是指在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)確定一個(gè)事件或一個(gè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)，這可以通過把位置已知的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為參考節(jié)點(diǎn)來確定事件或目標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置，它是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)重要應(yīng)用方向。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，定位是指網(wǎng)絡(luò)通過特定的方法確定節(jié)點(diǎn)的位置信息。獲取位置信息是無線傳感網(wǎng)絡(luò)基本功能之一，定位技術(shù)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)重要支撐技術(shù)。因此，對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動(dòng)來說，位置信息至關(guān)重要，在很多無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，沒有節(jié)點(diǎn)位置信息的監(jiān)測信息往往毫無意義。 7． 其它應(yīng)用 除了以上的應(yīng)用外，無線傳感網(wǎng)絡(luò)在精作農(nóng)業(yè)、安全生產(chǎn)、空間探索、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、大型車間和倉庫管理、機(jī)場和大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。 5． 建筑物的狀態(tài)監(jiān)控 建筑物狀態(tài)監(jiān)控是利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控建筑物的存在狀態(tài)。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通常較大，傳感器節(jié)點(diǎn)可以集成各類傳感模塊，并且適用于大區(qū)域監(jiān)測和不適合人工作業(yè)的惡劣環(huán)境，如災(zāi)難現(xiàn)場、有毒化學(xué)氣體的泄漏區(qū)域等，所以無線傳感網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測方面的 應(yīng)用越來越廣泛。無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的研究就是為應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)提供有效的軟件開發(fā)環(huán)境和軟件工具，需要解決的問題包括網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)方法學(xué)，網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)語言，基于感知數(shù)據(jù)的理解、決策和舉動(dòng)的理論與技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)軟件測試工具，網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)環(huán)境和工具以及面向應(yīng)用的系統(tǒng)服務(wù)。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)具有并發(fā)性密集和模塊化程度高兩個(gè)突出的特點(diǎn)。但是，目前還沒有一種方案能夠成為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)。因此無線傳感網(wǎng)絡(luò)需要低發(fā)射信號功率譜密度、低復(fù)雜度、短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。以數(shù)據(jù)庫的方法對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可以將存儲在網(wǎng)絡(luò)中的數(shù) 據(jù)邏輯視圖與網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分離，從而使得網(wǎng)絡(luò)用戶只需要關(guān)心數(shù)據(jù)查詢的邏輯結(jié)構(gòu)，而不需要關(guān)心其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的易失效特性，從提高信息準(zhǔn)確度的角度出發(fā)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)也需要數(shù)據(jù)融合技術(shù)對多份數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合。無線傳感網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一就是位置信息 (事件發(fā)生的位置或采集數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的位置 )。然而，受到無線傳感網(wǎng)絡(luò)低功耗、高密度的限制，傳統(tǒng)的時(shí)間同步算法并不適用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的通信能力、存儲能力、計(jì)算能力以及自身能量都十分有限，且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)只能獲取局部網(wǎng)絡(luò)信息，這決定了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不能太過復(fù)雜。無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要關(guān)鍵技術(shù)如下 : 1． 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂? 由 于無線傳感網(wǎng)絡(luò)是自組織網(wǎng)絡(luò)，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂凭哂袃煞矫娣浅Ｖ匾囊饬x :一方面是在滿足網(wǎng)絡(luò)連通度的情況下，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域的有效覆蓋的代價(jià)降低 。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括：激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器；信道能量檢測 (Energy Detect,ED)；檢測接收到數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示 (Link Quality Indication，LQI)；空閑信道評估 (Clear Channel Assessment， CCA)：收發(fā)數(shù)據(jù)。如果將星型網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，可以組成簇一樹網(wǎng)絡(luò)，如圖 。這個(gè)與 RFD相關(guān)聯(lián)的 FFD稱為該 RFD的協(xié)調(diào)器 (coordinator)。由于 IEEE802． 15． 4標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)特征與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在相似之處，很多研究機(jī)構(gòu)把它作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。另外協(xié)議棧還包括能量管理平臺、移動(dòng)管理平臺和任務(wù)管理平臺。處理器模塊主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲和處理所采集的數(shù)據(jù)及其它節(jié)點(diǎn)傳送過來的數(shù)據(jù) 。如圖 所示為一種典型傳感器節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)圖。從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看，傳感器節(jié)點(diǎn)兼顧了路由器和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)終端雙重功能，除了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和收集本地信息外，還要對其它節(jié)點(diǎn)傳送過來的信息進(jìn)行處理，同時(shí)與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)作共同完成一些特定任務(wù)。 無線 傳感網(wǎng) 絡(luò) 系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn) (sensor node,匯聚節(jié)點(diǎn) (sink node)和管理節(jié)點(diǎn)，一種典型的 無線 傳感網(wǎng) 絡(luò) 體系結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，大量傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)地部署在監(jiān)測區(qū)域 (sensor field)內(nèi)部或附近，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 無線 傳感網(wǎng) 絡(luò) 的組成結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù) 本章對無線傳感網(wǎng)絡(luò)作了全面地介紹。 第三章主要研究了 無線 傳感網(wǎng) 絡(luò) 定位的基本原理，深入分析討論了定位的概念、定位的基本計(jì)算方法和定位技術(shù)的性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)詳細(xì)介紹了目前存在的典型定位算法及其性能。未來的無線傳感模塊必將是集穩(wěn)定性與安全性、擴(kuò)展性與靈活性、微型化與低成本等特點(diǎn)為一體的。若實(shí)現(xiàn)無線傳感模塊對信息的移動(dòng)式采集，則在同一個(gè)環(huán)境內(nèi)投放更少的節(jié)點(diǎn)，就能實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的全面檢測。即在保證所需要實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，盡量的實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊的低功耗，甚至在不影響整體性能的情況下適當(dāng)減少部分功能來實(shí)現(xiàn)降低功耗的目的。 另外由于 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行是 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障。而 無線 傳感網(wǎng) 絡(luò) WSN是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及集成技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感技術(shù)也會得到不斷的發(fā)展和完善。因?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，工作環(huán)境通常比較惡劣，而且數(shù)量大，更換非常困難，所以低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。典型的節(jié)點(diǎn)包括 Mica 系列、 Telos 、 IRIS 和 Imote2 等。無線傳感模塊屬于無線技術(shù)中較為底層的一個(gè)分支，由于越來越多的 應(yīng)用方案開始采用無線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通信。 為了實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地與任何人或任何設(shè)備的互聯(lián)互通，無線通信技術(shù)獲得了蓬勃發(fā)展。 1． 2 國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1． 2． 1 國 內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀 無線傳感模塊是新興的下一代 無線 傳感網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它是組成 無線 傳感網(wǎng) 絡(luò)的基本部分。本文綜合了性能和低功耗的共同需求，經(jīng)過深入的分析和對芯片的數(shù)據(jù)比較，提出了低功耗無線傳感模塊的硬件設(shè)計(jì)思路。當(dāng)前，傳感技術(shù)、 傳感網(wǎng)絡(luò) 已經(jīng)被認(rèn)定為最重要的研究之一?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于社會建設(shè)的各個(gè)層面和人們的日常生活當(dāng)中。美國《今日防務(wù)》雜志更認(rèn)為 WSN的應(yīng)用和發(fā)展將引起一場劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和未來戰(zhàn)爭的變革。廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場監(jiān)視、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測和大區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞 :節(jié)點(diǎn) 定位， DVhop，錨節(jié)點(diǎn)，平均跳距權(quán)值，跳數(shù)權(quán)值 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) V WIRELSS SENSOR NETWORK NODE LOCATION TECHNOLOGY SIMULATION ABSTRACT The wireless sensor work node location technology is an important supporting technology for WSN. The node position information of WSN is not only the premise of monitoring events, but also it is the basis of the work topology from the selfconfiguration, improve routing efficiency and reporting the information required to observers. If we do not know the position information, the information we are interested will lose its proper meaning. Wireless sensor work nodes are randomly deployed. How to maximize the localization accuracy of localization is a difficult research area in wireless sensor works for the effect of the layout environment and factors of its own. Therefore the research for the wireless sensor work node location technology has important theoretical and practical significance. This paper introduced the development course of wireless sensor work and the architecture model