室內(nèi)無(wú)線定位概述(已改無(wú)錯(cuò)字)
2022-07-25 08:45:03 本頁(yè)面
【正文】 窮盡所有組合或達(dá)到所需定位精度，用包含有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的所有三角形的交集區(qū)域質(zhì)心作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置。通過(guò)增加鄰居節(jié)點(diǎn)合法性檢查和擴(kuò)大鄰居節(jié)點(diǎn)定位范圍，可以提高APIT算法的定位精度。 DV_Hop算法 DVHoP算法由兩個(gè)階段組成。先使用典型的距離矢量交換協(xié)議，使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)獲得到各錨節(jié)點(diǎn)跳數(shù)。在獲得其它錨節(jié)點(diǎn)位置和跳數(shù)后，錨節(jié)點(diǎn)計(jì)算局部平均跳距 AHS(Average HoP Size)并廣播。校正值采用可控洪泛法在網(wǎng)絡(luò)中傳播，這意味著一個(gè)節(jié)點(diǎn)僅接收獲得的第一個(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)從最近的錨節(jié)點(diǎn)接收校正值。在大型網(wǎng)絡(luò)中，可通過(guò)為數(shù)據(jù)包設(shè)置一個(gè)TTL參數(shù)來(lái)減少通信量。 當(dāng)接收到校正值后，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)跳數(shù)和局部平均跳距計(jì)算與錨節(jié)點(diǎn)距離。當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)獲得與三個(gè)或更多錨節(jié)點(diǎn)的距離，執(zhí)行三邊測(cè)量法或者最大似然法定位計(jì)算。 舉例如下，已知錨節(jié)點(diǎn)A與B、C之間距離和跳數(shù)。錨節(jié)點(diǎn)A計(jì)算得到局部平均跳距為(40+75)/(2+5)=。假定普通節(jié)點(diǎn)M從錨節(jié)點(diǎn)A獲得局部平均跳距。這它與三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離為 A:、B:、C:。然后用三邊測(cè)量法計(jì)算M的位置。 圖42 DVHop算法示意圖 DVHop算法在網(wǎng)絡(luò)平均連通度10，錨節(jié)點(diǎn)比例10%的各向同性網(wǎng)絡(luò)中平均定位精度約為33%。其缺點(diǎn)是僅在各向同性的密集網(wǎng)絡(luò)中，校正值才能合理地估算平均跳距。 該算法不需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的距離測(cè)量，節(jié)點(diǎn)不需要任何附加硬件支持，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的一個(gè)理想方案。但是通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)這種算法有一些不足之處：在獲得平均每跳距離的計(jì)算過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)之間通信量過(guò)大；沒(méi)有考慮不良節(jié)點(diǎn)(本質(zhì)上無(wú)法定位的節(jié)點(diǎn))的影響，導(dǎo)致平均定位誤差較大。(range based)測(cè)量節(jié)點(diǎn)問(wèn)點(diǎn)到點(diǎn)的距離或角度信息，使用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法或最大似然估計(jì)法計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。主要算法有：TOA(time of arrival)、TDOA(Time Difference 0f Arrival)、AOA(Angle of Arrival )、RSSI(Received Signal Strength Indication)。 TOA算法 該技術(shù)通過(guò)測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)測(cè)量距離，因此需要節(jié)點(diǎn)間精確的時(shí)間同步。使用TOA技術(shù)最基本的定位系統(tǒng)是GPS，GPS系統(tǒng)需要昂貴、高能耗的電子設(shè)備來(lái)精確同步衛(wèi)星時(shí)鐘。因無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件尺寸、價(jià)格和功耗限制，實(shí)際應(yīng)用TOA技術(shù)的定位方案較少，但近期超寬帶(uwB)技術(shù)的發(fā)展以及在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，使得利用TOA定位具有了廣闊的前景。 TDOA算法 TDOA測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方案中。一般在節(jié)點(diǎn)上安裝超聲波收發(fā)器和RF收發(fā)器。測(cè)距時(shí)，在發(fā)射端兩種收發(fā)器同時(shí)發(fā)射信號(hào)，利用聲波與電磁波在空氣中傳播速度的巨大差異，在接收端通過(guò)記錄兩種不同信號(hào)到達(dá)時(shí)間的差異。基于已知信號(hào)傳播速度，可以直接把時(shí)間差異轉(zhuǎn)化為距離。該技術(shù)的測(cè)距精度較RSSI高，可達(dá)到厘米級(jí)，但受限于超聲波傳播距離有限，以及NLOS問(wèn)題對(duì)超聲波信號(hào)的傳播影響。 如圖43所示,節(jié)點(diǎn)A先發(fā)射一個(gè)無(wú)線電信號(hào)，然后等待t時(shí)間(也可能不等待)以后接著發(fā)送一個(gè)聲信號(hào)給節(jié)點(diǎn)B。 圖43 TDOA測(cè)距技術(shù)示意圖 AOA算法這是一種估算鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)方向的技術(shù)，可通過(guò)天線陣列或多個(gè)接收器結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。除定位外，還能提供方向信息，如MIT的Cricket項(xiàng)目中就提出了基于AOA的定位算法。AOA技術(shù)也受外界環(huán)境影響，如噪聲、NLOS問(wèn)題等都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不同影響。同時(shí)，AOA需要額外硬件，可能無(wú)法滿足傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)硬件尺寸和功耗的要求。 RSSI算法 己知發(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，該技術(shù)主要使用RF信號(hào)。因傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有無(wú)線通信能力，故其是一種低功率、廉價(jià)的測(cè)距技術(shù)，RADARI2系統(tǒng)、SpotoNI28]系統(tǒng)等許多項(xiàng)目中使用了該技術(shù)。它的主要誤差來(lái)源是環(huán)境影響所造成的信號(hào)傳播模型的建模復(fù)雜性，反射、多徑傳播、非視距、天線增益等問(wèn)題都會(huì)在距離相同情況下產(chǎn)生顯著不同的傳播損耗。通常將其看作為一種粗糙的測(cè)距技術(shù)，有可能產(chǎn)生士50%的測(cè)距誤差。該算法的計(jì)算公式為： 上式中，d為接收端與發(fā)射端之間的距離(
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