无线传感网定位技术

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无线传感网 定位技术
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一、 引言 二、 节点定位技术基本概念 三、 基于距离的定位算法 四、 与距离无关的定位算法 五、 总结
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一、引言
传感器节点自身定位就是根据少数已知位置的节点，按 照某种定位机制确定自身位置。只有在传感器节点自身正确 定位之后，才能确定传感器节点监测到的事件发生的具体位 置，这需要监测到该事件的多个传感器节点之间的相互协作， 并利用它们自身的位置信息，使用特定定位机制确定事件发 生的位置。
（2）根据部署的场合不同，分为室内定位和室外定位。
（3）根据信息收集的方式，网络收集传感器数据用于节点定
位被称为被动定位，节点主动发出信息用于定位被称为主动定
位。
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2．基本术语
（1）信标节点：指预先获得位置坐标的节点，也被称作锚点。 其余节点被称为非锚点。
（2）测距：指两个相互通信的节点通过测量的方式来估计出 彼此之间的距离或角度。
从广义上来讲，无线传感网的定位问题包括传感器节点的自 身定位和对监控目标的定位。目标定位侧重于传感网在目标跟 踪方面的应用，是对监控目标的位置估计，它以先期的节点自 身定位为基础。从不同的角度出发，无线传感网的定位方法可 以进行如下分类。
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（1）根据是否依靠测量距离，分为基于测距的定位和不需要
测距的定位。
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3．定位性能的评价指标
（3）刷新速度： 刷新速度是指提供位置信息的频率。例如，如果GPS每 秒刷新1次，则这种频率对于车辆导航已经足够了，能 让人体验到实时服务的感觉。对于移动的物体，如果位 置信息刷新较慢，就会出现严重的位置信息滞后，直观 上感觉已经前进了很长距离，提供的位置还是以前的位 置。因此，刷新速度会影响定位系统实际工作提供的精 度，它还会影响位置控制者的现场操作。如果刷新速度 太低，可能会使得操作者无法实施实时控制。
之间存在障碍物，影响了它们直接的无线通信。
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3．定位性能的评价指标
（1）定位精度： 定位精度指提供的位置信息的精确程度，它分为相对精 度和绝对精度。 绝对精度指以长度为单位度量的精度。例如，GPS的 精度为1～10m，现在使用GPS导航系统的精度约5m。 一些商业的室内定位系统提供30cm的精度，可以用于 工业环境、物流仓储等场合。 相对精度通常以节点之间距离的百分比来定义。例如， 若两个节点之间距离是20m，定位精度为2m，则相对 定位精度为10％。
（6）到达角度（Angle of Arrival，AoA）：节点接收到的 信号相对于自身轴线的角度，被称为信号相对接收节点的到 达角度。
（7）视线关系（Line of sight，LoS）:如果两个节点之间 没有障碍物，能够实现直接通信，则称这两关系（None Line of sight，NLoS）：两个节点
定位系统或算法的代价可从几个不同方面来评价。
时间代价包括一个系统的安装时间、配置时间、定位所需时间。 空间代价包括一个定位系统或算法所需的基础设施和网络节点的
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（3）连接度：包括节点连接度和网络连接度两种含义。 节点连接度是指节点可探测发现的邻居节点个数。 网络连接度是所有节点的邻居节点数目的平均值，它反映了 传感网节点配置的密集程度。
（4）邻居节点：传感节点通信半径以内的所有其他节点，
被称为该节点的邻居节点。
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2．基本术语
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（5）接收信号强度指示（Received signal Strength Indicator，RSSI）：节点接收到无线信号的强度大小，被称 为接收信号的强度指示。
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3．定位性能的评价指标
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（4）功耗：
功耗作为传感网设计的一项重要指标，对于定位这项服务功能，需 要计算为此所消耗的能量。采用的定位方法不同，功耗的差别会很 大，主要原因是定位算法的复杂度不同，需要为定位提供的计算和 通信开销方面存在数量上的差别，导致完成定位服务的功耗有所不 同。
（5）代价：
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二、节点定位技术基本概念
位置信息有多种分类方法。通常有物理位置和符号位置两 大类。 物理位置指目标在特定坐标系下的位置数值，表示目标 的相对或者绝对位置。 符号位置指目标与一个基站或者多个基站接近程度的信 息，表示目标与基站之间的连通关系，提供目标大致的 所在范围。
在很多传感网应用场合中，必须知道各节点物理位置的坐 标信息。通过人工测量或配置来获得节点坐标的方法往往 不可行。通常传感网能够通过网络内部节点之间的相互测 距和信息交换，形成一套全网节点的坐标。这才是经济和6 可行的定位方案。
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3．定位性能的评价指标
（2）覆盖范围： 覆盖范围和定位精度是一对矛盾性的指标。例 如超声波可以达到分米级精度，但是它的覆盖 范围只有10多米；Wi-Fi和蓝牙的定位精度为3 米左右，覆盖范围可以达到100米左右；GSM系 统能覆盖千米级的范围，但是精度只能达到100 米。由此可见，覆盖范围越大，提供的精度就 越低。提供大范围内的高精度通常是难以实现 的。
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二、节点定位技术基本概念
1．定位的含义
无线传感网定位问题是指网络通过特定方法提供节点的位 置信息。
其定位方式可分为节点自身定位和目标定位。 自身定位：是确定网络节点的坐标位置的过程。节点自 身定位是网络自身属性的确定过程，可以通过人工标定 或者各种节点的自定位算法完成。 目标定位：是确定网络覆盖区域内一个事件或者一个目 标的坐标位置。目标定位是以位置已知的网络节点作为 参考，确定事件或者目标在网络覆盖范围内所在的位置。
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一、引言
全球定位系统GPS(Global Position System)是目前应 用最广泛，通过卫星的授时和测距对用户节点进行 定位，具有定位精度高、实时性好、抗干扰能力强 等优点，但是GPS定位适应于无遮挡的室外环境， 用户节点通常能耗高体积大，成本也比较高，需要 固定的基础设施等，这使得不适用于低成本自组织 的传感网。为每个传感器安装GPS模块等这些传统 定位手段并不实际，甚至在某些场合可能根本无法 实现，因此必须采用一定的机制与算法实现传感器 节点的自身定位