【正文】 通性進(jìn)行定位。 Pｎ 的距離分別為 d１ ，d２ ， d３ ．．．．．． dｎ ，已知 n 個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為 P１ （ x１ ， y１ ）， P２ （ x２ ， y２ ）， P３ （ x３ ， y３ ）．．．．．． Pｎ （ xｎ ， yｎ ），那么可以得到以下方程組： （ ） 用線性方程表示為 Ax=b，其中： P1 P2 P3 P4 M Pn 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 bAAAX TT 1)(? ?? （ ） 用最小二乘法公式就可以得到未知節(jié)點(diǎn)的 P 的坐標(biāo)為： （ ） 最大似然估計(jì)法相對(duì)于三邊測(cè)量法來(lái)說(shuō)，雖然提高了定位的精度，但是另一方面也大大的 增加的算法的復(fù)雜度，這對(duì)于微型的傳感器的低功耗來(lái)說(shuō)是非常不利。 圖 極大似然估計(jì)法示例 如圖所示，未知節(jié)點(diǎn) M 到 n（ n＞ 3）個(gè)參考節(jié)點(diǎn) P１、 P２、 P３。該計(jì)算方法需要附加額外的硬件設(shè)備來(lái)測(cè)量角度值，增加了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的成本。三角測(cè)量法也可結(jié)合角度測(cè)量，即通過(guò)方向性天線 ，利用 AOA 測(cè)量的角度值來(lái)定位。根據(jù)測(cè)試結(jié)果的交集，大致確定節(jié)點(diǎn)位置。 三角測(cè)量法 三角測(cè)量法是根據(jù)三角形的幾何關(guān)系進(jìn)行位置估算。 有方程組如下： （ ） 解得 M 的位置坐標(biāo)為： （ ） 三邊測(cè)量法相比較其他定位計(jì)算方法來(lái)說(shuō)，算法的復(fù)雜度較低，由于基于測(cè)距技術(shù)，???????????????????232332222221211)()()()()()(yyxxryyxxryyxxr沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 ?????????????????????2211221122122112211221)(2)(2)(2)(2nnnnnnnnnn ddyyyyyxxxxx ddyyyyyxxxxx實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易，不需要附加額外的硬件設(shè)備。 假設(shè)三個(gè)參考節(jié)點(diǎn) 的位置坐標(biāo)分別是： A（ x１ ， y１ ）， B（ x２ ， y２ ）， C（ x３ ， y３ ），待確定節(jié)點(diǎn) M 的位置坐標(biāo)為 M（ x， y）。如果知道了一個(gè)點(diǎn)到其他 4 個(gè)已知參考節(jié)點(diǎn)的距離，就可以確定該點(diǎn)的坐標(biāo)。節(jié)點(diǎn)連通度是指某個(gè)節(jié)點(diǎn)通信覆蓋區(qū)域的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，如節(jié)點(diǎn) U１ 的節(jié)點(diǎn)連通度為 3；網(wǎng)絡(luò)連通度也稱作網(wǎng)絡(luò)密度，它是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目的平均值，反映了傳感器節(jié) 點(diǎn)配置的密集程度； 跳數(shù)：指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的跳段總數(shù)，如節(jié)點(diǎn) U１ 到節(jié)點(diǎn) U２ 的跳數(shù)為 3； 跳距：指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的各跳段距離之和，如節(jié)點(diǎn) U１ 到節(jié)點(diǎn) U２ 的跳距為 3 + 2 + 2 Unknown node Anchor node （ 3,5） 3 U2 2 2 N1 U1 N3(5,4) N2(6,8) 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 ?????? ????? ??????????? ?? ??????????222323222322212323212321132323131 )(2)(2 )(2)(2rryyxxrryyxxyyxxyyxxyx= 7； 基礎(chǔ)設(shè)置：在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中用來(lái)幫助傳感器節(jié)點(diǎn)定位且自身位置信息已知固定設(shè)施，稱為基礎(chǔ)設(shè)施，如無(wú)線通信的基站、提供遠(yuǎn)程通信能力的衛(wèi)星和有固定位置的AP 接入點(diǎn)等； 到達(dá)時(shí)間：信號(hào)從節(jié)點(diǎn) A 傳送到節(jié)點(diǎn) B 所需要的時(shí)間稱為到達(dá)時(shí)間； 到達(dá)時(shí)間差：通過(guò)兩種不同的通信傳輸介質(zhì)完成將信號(hào)從節(jié)點(diǎn) A 傳送到節(jié)點(diǎn) B 所出現(xiàn)的時(shí)間差稱為到達(dá)時(shí)間差； 接收信 號(hào)強(qiáng)度指示：傳感器節(jié)點(diǎn)接收到的無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度值稱為接收信號(hào)強(qiáng)度指示； 節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算方法 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署區(qū)域主要是立體區(qū)域即三維區(qū)域，在很多具體的應(yīng)用中，常常把三維問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面二維問(wèn)題進(jìn)行研究和解決。我們研究定位技術(shù)的目的就是為了通過(guò)利用己知位置信息的錨節(jié)點(diǎn)，根據(jù)一定的算法獲得未知節(jié)點(diǎn)的位置。 必須遵循能量高效的原則。 只能采用分布式計(jì)算的結(jié)構(gòu)。 容錯(cuò)性好。 傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法一般要具備以下特點(diǎn)： 自組織性。通過(guò)少數(shù)已知節(jié)點(diǎn)的未知信息來(lái)確定節(jié)點(diǎn)自身的位置，是傳感器節(jié)點(diǎn)的自身定位，這也是提供監(jiān)測(cè)事件位置信息的基礎(chǔ)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位機(jī)制包括節(jié)點(diǎn)自身定位和外部目標(biāo)定位兩部分內(nèi)容。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)的散布在特定的區(qū)域，事前無(wú)法知曉這些傳感器節(jié)點(diǎn)的地理位置，部署后還要通過(guò)定位技術(shù)才能較為準(zhǔn)確的獲取其位置信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中位置信息的獲取對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)至關(guān)重要。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)，傳感器節(jié)點(diǎn)必須明確自身位置才能為用戶提供有用的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位和追蹤。 （ 8）具有良好的開放性。 （ 6）支持可靠的低延時(shí)通信。 （ 4）支持多協(xié)議。 （ 2）支持網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理。 在進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮以下一些方面的內(nèi)容。 基于代理的體系結(jié)構(gòu)。 支持多任務(wù)的結(jié)構(gòu)。 自管理的和自恢復(fù)的體系結(jié)構(gòu)。 可編程的體系結(jié)構(gòu)。 自適應(yīng)體系結(jié)構(gòu)。 無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 支持動(dòng)態(tài)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。 無(wú)線通信模塊的基本功能是講處理器輸出的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線信道及傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心。 電源模塊為傳感器 中其他幾個(gè)模塊提供工作電源。處理器模塊還具有控制電源工作模式的功能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。不同的物理量及環(huán)境因素決定了傳感器的類型。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 一般由 傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和電源模塊組成。所以進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，始終關(guān)注傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)能，并采取一定的技術(shù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由電池供電，電池的續(xù)航能力較小。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)由于受價(jià)格、體積和攜帶能源的限制，其計(jì)算、數(shù)據(jù)處理能力、存儲(chǔ)空間有限，決定了在節(jié) 點(diǎn)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，協(xié)議層次及內(nèi)容不能過(guò)于復(fù)雜。由于大型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，因此要使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較高的節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)鏈路以及采集數(shù)據(jù)的冗余特性，來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的工作高可靠性和容錯(cuò)能力。 WSN 中的傳感器節(jié)點(diǎn)一般不要求擁有全球唯一的標(biāo)識(shí)，數(shù)據(jù)采集發(fā)生在某一節(jié)點(diǎn)，用戶關(guān)注的是數(shù)據(jù)所屬的空間位置可采取空間位置尋址方式。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既能發(fā)送信息，又 能轉(zhuǎn)發(fā)信息，節(jié)點(diǎn)采用多跳接力來(lái)完成各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)向 sink 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通信距離較短，節(jié)點(diǎn)只能與相鄰節(jié)點(diǎn)直接通信。為增強(qiáng)監(jiān)測(cè)精度而新加入節(jié)點(diǎn)，對(duì)節(jié)點(diǎn)的功率和能耗進(jìn)行控制使節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)等，均能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可能由于電池能量耗盡或故障從網(wǎng)絡(luò)中退出，也可能是按照設(shè)定的程序從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中退出；網(wǎng)絡(luò)外的無(wú)線傳感器節(jié) 點(diǎn)可以沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 隨時(shí)加入到網(wǎng)絡(luò)中；傳感器節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)屬性。節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入或者離開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。 無(wú)中心結(jié)構(gòu)。 自組織方式的組網(wǎng)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱 WSN）是一門融合多種新科技并具有鮮明跨學(xué)科特點(diǎn) 的新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)還具備動(dòng)態(tài)搜索、定位和恢復(fù)連接的能力。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點(diǎn)或者全部節(jié)點(diǎn)可以移動(dòng)，但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 發(fā)生較大范圍內(nèi)的移動(dòng)，勢(shì)必會(huì)使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分布在需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域，監(jiān)測(cè)特定的信息、物理參量等；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)中的許多傳感器節(jié)點(diǎn)獲得的被監(jiān)測(cè)量數(shù)據(jù)收集匯聚后通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一組微型傳感器通過(guò) Ad Hoc 方式組成，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器可以協(xié)作地感知、采集和處理被監(jiān)控區(qū)域的感知對(duì)象的信息及數(shù)據(jù)，發(fā)布給使用一定形式終端設(shè)備的用戶。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，通過(guò)各類微型傳感器對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由嵌入式計(jì)算模塊對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過(guò)對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)或其他形式的傳輸網(wǎng)絡(luò)將信息傳送至遠(yuǎn)端監(jiān)控中心。每個(gè)傳感器都是典型的 嵌入式系統(tǒng)，具有存儲(chǔ)容量小、運(yùn)算能力差、功耗低、易失效的特點(diǎn)。對(duì)本論文的工作進(jìn)行總結(jié)，并根據(jù)仿真結(jié)果提出進(jìn)步工作的建議。并在 MATLAB 軟件上進(jìn)行仿真，最后對(duì)仿真結(jié)果及其性能進(jìn)行分析。 第四章 基于 MATLAB 的 DVdistance 測(cè)距算法性能分析。首先對(duì)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的基本概念和位置計(jì)算方法做了簡(jiǎn)單介紹。其中還對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。 第二章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介。 第一章 緒論。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位機(jī)制與算法包括兩部分： 基于測(cè)距的節(jié)點(diǎn) 定位 機(jī)制 和 基于非測(cè)距的節(jié)點(diǎn) 定位 機(jī)制 。傳感器節(jié)點(diǎn)可以完成連續(xù)的檢測(cè)、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、位置識(shí)別和執(zhí)行器的本地控制等任務(wù)。付華等人在 DVDistance 定位算法中，將銀節(jié)點(diǎn)間的真實(shí)距離與這些描節(jié)點(diǎn)間的跳段距離之和的比值作為修正權(quán)值來(lái)提高定位所需距離值的精確度，達(dá)到了提高定位的精度目的盡管國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì) WSN 定位研究取得了很大的進(jìn)展 ,提出了許多 WSN 節(jié)點(diǎn)定位算法和開發(fā)了一些實(shí)用定位系統(tǒng) ,但是由于 WSN 定位與具體應(yīng)用有很大聯(lián)系 ,根據(jù)具體應(yīng)用的需要，所選用的定位算法和定位方案會(huì)有所不同，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 這也給我們留下了很大的研究和改善的空間。杜亞江等人通過(guò)利用錯(cuò)節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)作，提出了一種基于最小二乘法的 RSSI 測(cè)距環(huán)境參數(shù)修正方法 ,提高了 RSSI 測(cè)距的精度，取得了良好的定位性能。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì) WSN 定位算法的研究也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，在國(guó)內(nèi)外刊物發(fā)表了大量的研究成果。目前，國(guó)內(nèi)的研究?jī)?nèi)容主要為經(jīng)典定位算法的改進(jìn)和定位技術(shù)的應(yīng)用 等，主要旳研究和開發(fā)單位為清華大學(xué)、北京大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、電子科技大學(xué)、西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)等高校。除此之外，還有許多的學(xué)者和研究組織提出了很多有研究?jī)r(jià)值的成果。如在基于 Rangebased 定位算法的研究方面，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 Yedavalli 等人在“ Sequencebased localization inwireless sensor work”論文中提出的一種新穎的基于序列的 WSN 定位算法 (Sequencebased localization, SBL)，該算法首先利用RSSI 的大小來(lái)對(duì)空間的區(qū)域進(jìn)行劃分，建立一個(gè)位置順序表，然后根據(jù) RSSI 的測(cè)量值來(lái)進(jìn)行匹配定位， SBL 算法可以大大的減少節(jié)點(diǎn)定位的計(jì)算量。T Cambridge 的 Cricket 項(xiàng)目，微軟的 Easy Living 項(xiàng)目，以及 Geia Tech 公司的 Smart Floor 項(xiàng)目等。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以前所未有的速度向前發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)作為在該應(yīng)用領(lǐng)域中一項(xiàng)不可或缺的支撐性技術(shù)，也同樣受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，并且已經(jīng)取得了豐富的研究成果。 人們普遍的認(rèn)為：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，將會(huì)對(duì)現(xiàn)代軍事、現(xiàn)在信息技術(shù)、現(xiàn)代制造業(yè)及許多重要的社會(huì)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著無(wú)線通信技術(shù)、微芯片的制造等技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究取得了重大進(jìn)展，并引起了軍方、學(xué)術(shù)界 以及工業(yè)界的極大關(guān)注。到 20 世紀(jì)末，美國(guó)《商業(yè)周刊》將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)列為 21 世紀(jì)最重要的 21項(xiàng)技術(shù)之一。 DVdistance algorithm 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 1 緒 論 .................................................................................................................................... 1 課題背景及意義 ........................................................................................................ 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................