无线传感器网络定位技术
无线传感器网络原理及应用第4章定位技术ppt课件
(
x1
(
x1
x)2 x)2
( y1
(y2
y)2 y)2
ρ12 ρ22
(xn x)2 ( yn y)2 ρn2
(4-3)
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
X(ATA)1ATb
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1.2 定位算法分类 在传感器网络中，根据定位过程中是否测量实际节点间
的距离，把定位算法分为基于距离的(range-based)定位算法 和与距离无关的(range-free)定位算法，前者需要测量相邻节 点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未 知节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而 是利用节点间估计的距离计算节点位置。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1 定位技术简介
4.1.1 定位技术的概念、常见算法和分类 1. 无线传感器网络定位技术概念 在传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身
标为(x，y)。对于节点A、C和∠ADC，确定圆心为O1(xO1， yO1)、半径为r1的圆，，则
(xO1 x1)2 (yO1 y1)2 r1
(xO1 x2)2 (yO1 y2)2
r1
(x1
x3)2
(y1
无线传感器网络中的目标定位技术教程
无线传感器网络中的目标定位技术教程无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是一种由大量节点组成的网络，这些节点能够自主收集、处理和传输数据。
目标定位技术是WSN中的重要研究领域，它可以定位网络中的目标，为各种应用提供位置信息支持。
本文将介绍无线传感器网络中目标定位的常用技术。
一、基于测距的目标定位技术1. RSSI定位信号强度指示（Received Signal Strength Indicator, RSSI）定位技术是一种基于接收到的信号强度来估计目标位置的方法。
节点通过收集目标发送的信号强度信息，并根据信号传输的衰减模型计算目标与节点之间的距离。
然后利用距离信息进行目标定位。
这种方法简单直观，但受到信号传输过程中多径效应、干扰和衰减等因素的影响，定位精度有限。
2. TDOA定位时差到达（Time Difference of Arrival, TDOA）定位技术利用节点之间接收到目标信号的时延差异来计算目标位置。
节点之间需要进行协作，通过互相的时钟同步，准确测量目标信号到达节点的时间差。
根据测得的时间差和节点之间的距离关系，可以计算目标的位置。
TDOA定位技术不受信号强度衰减影响，具有较高的精度，但对节点之间的时钟同步要求较高。
二、基于角度的目标定位技术1. AOA定位角度到达（Angle of Arrival, AOA）定位技术利用节点之间接收到目标信号的入射角度来计算目标位置。
节点之间需要协作，使得至少三个节点同时接收到目标信号，并测量目标信号的入射角度。
通过比较节点之间的入射角度差异，可以计算目标位置。
AOA定位技术对节点之间的角度测量精度要求较高，但相对于基于测距的定位技术，它具有较好的抗干扰性能。
2. DOA定位方向到达（Direction of Arrival, DOA）定位技术也是利用节点之间接收到目标信号的入射角度来计算目标位置。
不同于AOA定位技术，DOA定位技术只需要单个节点接收到目标信号即可。
无线传感器网络中的节点定位技术
无线传感器网络中的节点定位技术随着无线传感器网络技术的快速发展，节点定位技术成为该领域的重要研究方向之一。
节点定位技术可以为无线传感器网络中的节点提供准确的位置信息，从而实现更高效的数据传输和管理。
本文将介绍无线传感器网络中的节点定位技术，包括其背景、目标、研究方法以及应用场景。
一、背景介绍无线传感器网络是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点能够收集、处理和传输环境信息，被广泛应用于环境监测、军事侦察、智能交通等领域。
然而，这些节点的准确位置信息对于无线传感器网络的高效运行和数据管理非常关键。
二、目标和挑战节点定位技术的目标是为无线传感器网络中的节点提供准确的位置信息。
然而，由于传感器节点通常具有小尺寸、低功耗等特点，节点定位技术面临以下挑战：1. 精度：传感器节点需要有较高的定位精度，尤其是用于精细测量和目标追踪等应用场景。
2. 能耗：传感器节点的能耗限制要求节点定位技术在降低功耗的同时保持较高的精度。
3. 部署和管理：无线传感器网络通常由大量的节点组成，节点定位技术需要考虑节点的部署和管理问题，以保证整个网络的定位效果。
三、研究方法在无线传感器网络中，常见的节点定位技术包括以下几种主要方法：1. 基于距离测量的方法：利用节点之间的距离信息进行定位，包括时间差法、信号强度法等。
2. 基于角度测量的方法：利用节点之间的角度信息进行定位，包括方向测量法、波束成形法等。
3. 基于重定位的方法：利用已知位置的节点对其他节点进行定位，包括基站定位法、虚拟坐标法等。
4. 集群定位方法：将节点分为不同的簇，并利用簇头节点进行定位，可以提高系统的能耗和定位精度。
四、应用场景无线传感器网络中的节点定位技术在许多领域都得到了广泛的应用，包括：1. 环境监测：通过定位技术可以实现对环境的精细监测和分析，例如气象预报、土壤湿度监测等。
2. 目标追踪：通过对节点定位可以实现对目标的实时追踪和定位，例如智能交通系统中的车辆跟踪。
无线传感器网络定位机制与性能评价标准_无线传感器网络技术及其应用_[共3页]
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设未知节点D的坐标为（x，y），信标节点的A、B、C的坐标分别为（xA，yA）、（xB，B yBB）、 （xA，yC），未知节点到 3 个信标节点的距离分别为dA、dB、B dC，则
⎧(x − ⎪ ⎨ (x −
xA )2 xB )2
+ +
(y (y
− −
yA )2 yB )2
= =
d
2 A
d
2 B
⎪ ⎩
（4-5）
y
=
1
( xA
−
xC )(xA2
−
xC2
+
yB2
−
yC2
+
dC2
−
d
2 B
)
−
( xB
−
xC )(xA2
−
xC2
+
yA2
−
yC2
+
d
2 C
−
dA2 )
2
(xA − xC )( yB − yC ) − ( yA − yC )(xB − xC )
① 信标节点：已知节点坐标或者位置信息的节点，有的书籍也称为锚节点。 ② 未知节点：坐标或者位置信息未知的节点。 （1）三边定位法 已知 3 个信标节点的坐标和其中 1 个未知节点到 3 个信标节点的距离，求该未知节点的 坐标。该方法为基本的几何方法，具体过程如图 4-2 所示。
图 4-2 三边定位原理
(x
−
xC )2
+
(y
−
yC )2
=
d
2 C
（4-4）
从而可以推出未知节点的坐标为
x
=
1
( yB
−
yC )(xA2
无线传感器网络节点定位技术
ｌ ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ａｇ ｒ ｈ ｎ Ｉ ｌ ｏ ｔｍ ｔ ． ａｙ ｉ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｐ ｉａｉ ｎ ｏ ａ ｉｕ ｌｏ ｉ ｓ ｉ ｏ ａｉ ｔ ｌ ｏ ｔ ｚ ｏ ｉ ｍ ａ ｄ ＡＰ Ｔ ａ ｇ ｒ ｈ ｅｃ Ａｎ ｌ ｓｓ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｐ ｌ ｔ ｆ ｖ ｒ ｓ ａｇ ｒ ｈ ｎ ｉ ｓ ｃ ｏ ｏ ｔ ｍ ｄ ｆ ｒ ｎ ｎ ｉ ｎ ｎ ｓｈ ｖ ｈ ｗｎ ｇ ｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ｃ ｓｉ ｅ ｐ ｒｏ ａ ｃ ． ｎ ｆ ｈ ｌ ｏ ｔ ｓｉ ｐ ｉ １ Ｗ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｅ ｅ ｔ ｖｒ ｍｅ ｔ ａ ｅ ｓ ｏ ｒ ａ ｆ ｒ ｎ ｅ ｔ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｎｏ ｅ ｏ ｅ ａｇ ｒ ｈ ｏ ｔ ｆ ｅ ｏ ｄ ｎｈ ｍ ｔ ｉｍ ｓ ｍａ ． ｈ ｕ ｄ ｓ ｌｃ ｈ ｐ ｒ ｐ ａｅ ａｇ ｒ ｈ ａ ｅ ｎ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｉａｏ ｓ ｏ ｓ ｉ ｔｒ ｓ． ａ ｔ ｈ ｉ ｐ ｐ ｒ ｐ ｏ ｏ ｅ ｈ ｅ ｅ ｔｔ ｅ ａ ｐ ｏ ｒ ｔ ｌ ｏ ｔ ｉ ｉ ｍ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｒ ｎ ｅ ｉｄ ｃ ｔ ｒ ｆ ｍｏ ｔ ｎ ｅｅ ｔ Ａｔ ｌｓ，ｔ ｓ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｓ ｔ ｅ ｆ
无线传感器网络中定位跟踪技术的研究
无线传感器网络中定位跟踪技术的研究一、概述无线传感器网络（WSN）作为一种分布式、自组织的网络系统，近年来在各个领域得到了广泛的应用，尤其在定位跟踪技术方面展现出了巨大的潜力。
定位跟踪技术是通过无线传感器节点之间的协作，实现对目标对象的位置信息获取和动态跟踪的关键技术。
在环境监测、智能农业、军事侦察、灾难救援等众多场景中，定位跟踪技术都发挥着不可替代的作用。
随着无线传感器网络技术的不断发展，定位跟踪技术的精度和稳定性得到了显著提升。
传统的定位方法如GPS等虽然具有较高的定位精度，但在某些特殊环境下如室内、地下等区域，其定位效果并不理想。
而无线传感器网络中的定位跟踪技术，通过结合多个传感器节点的信息，能够实现对目标对象的精确定位和实时跟踪。
无线传感器网络中的定位跟踪技术已经取得了丰富的研究成果，包括基于测距的定位算法、无需测距的定位算法、移动目标跟踪算法等。
这些算法在不同的应用场景中展现出了各自的优势和特点，为无线传感器网络的定位跟踪提供了有效的解决方案。
无线传感器网络中的定位跟踪技术仍面临一些挑战和问题。
如何进一步提高定位精度和稳定性、如何降低节点能耗以延长网络寿命、如何优化网络通信以提高数据传输效率等。
这些问题需要我们在未来的研究中不断探索和创新，以推动无线传感器网络中定位跟踪技术的进一步发展。
无线传感器网络中的定位跟踪技术是一项具有广阔应用前景和重要意义的研究领域。
通过深入研究和创新，我们可以不断提高定位跟踪技术的性能和应用效果，为各个领域的发展提供有力支持。
1. 无线传感器网络的概念与特点无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是一种由大量低功耗、低成本、微型化的传感器节点通过无线通信技术相互连接而成的自组织网络系统。
这些传感器节点被部署在监测区域内，能够实时感知并收集环境信息，如温度、湿度、光照、压力等，并通过多跳转发的方式将数据传输至汇聚节点，进而实现信息的集中处理和应用。
无线传感器网络的位置定位与跟踪
无线传感器网络的位置定位与跟踪无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络，这些节点能够通过无线通信相互连接并协同工作。
传感器网络的位置定位与跟踪是该领域的一个重要研究方向，它可以广泛应用于环境监测、智能交通、军事侦察等各个领域。
1. 引言无线传感器网络的位置定位与跟踪是指通过已部署的传感器节点获取目标节点的位置信息，并实时地追踪其运动轨迹。
由于传感器节点的资源受限以及网络环境的不确定性，传感器网络的定位与跟踪成为一个具有挑战性的问题。
本文将介绍一些常见的无线传感器网络定位与跟踪技术。
2. 基于距离测量的定位方法基于距离测量的定位方法是一种常见且有效的传感器网络定位技术。
该方法通过测量传感器节点之间的距离来推算目标节点的位置。
常见的距离测量方法包括基于信号强度的距离估计、时间差测量和角度测量等。
这些方法在定位精度和复杂度上存在差异，研究者们不断探索着如何提高定位精度和降低计算复杂度。
3. 基于信号强度的定位方法基于信号强度的定位方法是一种简单且易于实现的传感器网络定位技术。
该方法通过测量目标节点接收到的信号强度来推算其距离。
然而，由于信号在传输过程中会受到阻尼、衰减和多径效应的影响，使得基于信号强度的定位存在较大的误差。
为了克服这一问题，研究者们通常采用校准算法来提高定位精度。
4. 基于时间差测量的定位方法基于时间差测量的定位方法是一种通过测量目标节点接收到信号的到达时间差来推算其距离的传感器网络定位技术。
这种方法通常借助全球定位系统（Global Positioning System, GPS）以及同步算法来精确测量时间差。
然而，GPS在室内环境下信号弱化，导致精度下降；同时，同步算法的复杂度较高，使得该方法的应用受到限制。
5. 基于角度测量的定位方法基于角度测量的定位方法是一种通过测量目标节点和传感器节点之间的角度来推算其位置的传感器网络定位技术。
无线传感器网络节点定位技术
无线传感器网络节点定位技术定位即确定方位、确定某一事物在一定环境中的位置。
在无线传感器网络中的定位具有两层意义：其一是确定自己在系统中的位置；其二是系统确定其目标在系统中的位置。
在传感器网络的实际应用中，传感器节点的位置信息已经成为整个网络中必不可少的信息之一，很多应用场合一旦失去了节点的位置信息，整个网络就会变得毫无用处，因此传感器网络节点定位技术已经成了众多科学家研究的重要课题。
2.1 基本概念描述在传感器网络中，为了实现定位的需要，随机播撒的节点主要有两种：信标节点（Beacon Node）和未知节点（Unknown Node）。
通常将已知自身位置的节点称为信标节点，信标节点可以通过携带GPS定位设备（或北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞、或预置其位置）等手段获得自身的精确位置，而其它节点称之为未知节点，在无线传感器网络中信标节点只占很少的比例。
未知节点以信标节点作为参考点，通过信标节点的位置信息来确定自身位置。
传感器网路的节点构成如图2-1所示。
图2-1 无线传感器网络中信标节点和未知节点Figure 2-1Beacon nodes and unknown nodes of wireless sensor network在图2-1中，整个传感器网络由4个信标节点和数量众多的未知节点组成。
信标节点用B来表示，它在整个网络中占较少的比例。
未知节点用U来表示，未知节点通过周围的信标节点或已实现自身定位的未知节点通过一定的算法来实现自身定位。
下面是无线传感器网络中一些常用术语：(1)邻居节点（Neighbor Nodes）：无需经过其它节点能够直接与之进行通信的节点；(2)跳数（Hop Count）：两个要实现通信的节点之间信息转发所需要的最小跳段总数；(3)连通度（Connectivity）：一个节点拥有的邻居节点数目；(4)跳段距离（Hop Distance）：两个节点间隔之间最小跳段距离的总和；(5)接收信号传播时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)：信号传输过程中，同时发出的两种不同频率的信号到达同一目的地时由于不同的传输速度所造成的时间差；(6)接收信号传播时间（Time of Arrival，TOA）：信号在两个不同节点之间传播所需要的时间；(7)信号返回时间（Round-trip Time of Flight，RTOF）：信号从一个节点传到另一个节点后又返回来的时间；(8)到达角度(Angle of Arrival，AOA)：节点自身轴线相对于其接收到的信号之间的角度；(9)接收信号强度指示(Received Signa1 Strength Indicator，RSSI)：无线信号到达传感器节点后的强弱值。
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TOA测距原理的过程示例
• 在基于TDoA的定位机制中，发 射节点同时发射两种不同传播 速度的无线信号，接收节点根 据两种信号到达的时间差以及 这两种信号的传播速度，计算 两个节点之间的距离。
•
发射节点同时发射无线射 频信号和超声波信号，接收节 点记录下这两种信号的到达时 间T1、T2，已知无线射频信号 和超声波的传播速度为c1、c2, 那么两点之间的距离为(T2T1)*S，其中S=c1*c2/(c1-c2)。
无线传感器网络定位技术
定位技术的概括
无线传感器网络的定位机制作为无线传感器网 络中的主要技术之一，在应用中具有非常重要的作 用。无线传感器网络中的定位机制包括节点自身定 位和外部目标定位两部分内容。 常见的定位技术如GPS是目前应用最广的、最成 熟的定位系统，通过卫星的授时和测距来对用户节 点进行定位，具有较高的定位精度，实时性较好， 抗干扰能力强。但是，使用GPS技术定位只适合于 视距通信的场合，如室外无遮挡的环境，用户节点 通常能耗高、体积大且成本较高，还需固定的基础 设施等。目前，无线传感器网络的定位很多，各种 方法也不断涌现。一个定位系统的实现主要考虑两 点：定位机制的物理特性和相应的算法。
• 采用低功耗的无线射频芯片CC2430和瓦斯 传感器相连接，该芯片结合一个高性能的 2．4GHz射频收发器核心和一颗工业级小巧 高效的8051控制器，满足以ZigBee为基础的 2．4GHz波段应用。
• CC2430内部已集成包括定时器、数模转换 电路、存储器及RSSI指示器等必要电路，只 需要较少的外围电路就可以运行。经过试 验验证，该瓦斯报警电路能在空气中瓦斯 浓度超过0．3％时准确报警，完全达到矿 井瓦斯报警要求。节点硬件结构如图2所示。
定位技术性能的要求
• 定位精度：指定位系统提供的位置信息的精确程度。 如，在基于距离定位的算法中，可以用定位坐标与 实际坐标的距离来对比；在非距离定位的算法中， 可以用误差值和节点通信半径的比例来表示 • 代价：主要包括时间代价、资金代价、硬件代价等 • 规模：不同的定位算法使用的应用场合范围和规模 也不同。大规模的定位算法可以在大范围的场合使 用，如森林或城市：中等规模算法可在大型商场、 小区和学校内进行定位应用；小规模的定位算法只 能在一栋楼内或者一个房间内实现定位应用
功耗
低功耗（接收 27mA，发送27mA） 休眠电流0.5μA @PM2 0.3μA@PM3 可快速唤醒
外设
CSMA/CA 硬件支持 信号强度自动生成 电源、温度管理 12位ADC 128位AES加密处理 两个全功能串口 21 个 I/O
应用
IEEE802.15.4系统设计 ZigBee系统设计 家居自动化 工业控制 低功耗传感器网络（WSN） 消费电子 PC外设
• 刷新速度：指提供位置信息的频率，如GPS 每 秒钟刷新1次 • 鲁棒性：在理想的实验室环境内，大部分定位 算法误差性比较小。但是在实际应用场合，有 许多干扰因素影响测量结果。比如，障碍物引 起的非视距(NLOS)，大气中存在严重的多径传 播，部分传感器节点电能耗尽，节点间通信阻 塞等问题容易造成定位误差突发性增大，甚至 造成整个定位系统的瘫痪。因此，传感器网络 定位算法必须具有很强的鲁棒性，减小各种误 差的影响，以提高定位精度和可靠性。
到达角（AOA）
该方法通过配备特殊天线来估测其它节点发射 的无线信号的到达角度。接收节点通过天线阵列或 多个超声波接收机感知发射节点信号的到达方向， 计算接收节点和发射节点之间的相对方位或角度， 再通过三角测量法计算出节点的位置 ；
2.基于无需测距的定位技术
该技术不用对距离进行测量，而是利用网络连 通度、网络拓扑结构等信息对节点坐标进行估计， 其多为理论上的研究，定位精度较低且与网络的连 通度和节点的密度相关。其使用范围有一定的局限 性。 1、质心算法 一种完全基于网络连通度的定位算法，以待定 位节点通信范围内的所有信标节点作为其质心来估 算位置 1 n 1 n x , y ( X i , Yi ) n i 1 n i 1
其中 为待定位节点的坐标，n、（Xi，Yi）为信标节点的 个数和坐标
2、DV-Hop算法
DV-Hop算法基本过程就是将未知节点到锚节点间的 距离用网络节点平均每跳距离和到锚节点间的跳数乘机 来估计，再用三边定位法来得未知节点的位置信息。 平均每跳的距离公式为：
• 已知锚点L1与L2、L3之 间的距离和跳数。L2计 算得到校正值（即平均 每跳距离）为（40+75） /（2+5）=16.42m。假 设传感器网络中的待定 位节点A从L2获得校正 值，则它与3个锚点之 间的距离分别是 L1=3×16.42， L2=2×16.42， L3=3×16.42，然后使 用多边测量法确定节点 的位置。
0 -10 -20 -30
RSSI(dBm)
-40 -50 -60 -70 -80 -90 -100
0
10
20
30
40 50 60 距 离 （ m）
70
80
90
100
无线信号接收指示与信号传播距离之间的关系
信号传播时间/时间差（TOA/TDOA） • 这类方法通过测量传输时间来估算两节点 之间的距离，精度较好。 • TOA机制是已知信号的传播速度，根据信号 的传播时间来计算节点之间的距离
基于无线传感器网络的瓦斯监测定 位技术
• 研究意义
目前煤矿普遍采用的安全系统以工业总线为基础，构 成有线的通信传输网络。但煤矿井下地质、环境条件复杂， 铺设电缆在某些区域及其困难，易被损坏且难以维护。无 线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的微型传感器 节点组成，具有自组织性，无线传感器节点由于其具有体 积小、功耗低及无需维护等优势可满足对矿井实时监控的 需要。煤矿井下瓦斯浓度的监测是安全监测系统必不可少 的功能，可以将瓦斯传感器与无线传感器网络节点连接， 随机部署在井下环境中进行监测。瓦斯浓度的监测是建立 在位置信息的基础上，缺乏位置信息监测就毫无意义，因 此在瓦斯监测系统中对瓦斯浓度较高的地点进行定位是十 分重要的。ZigBee技术具有低功耗、低成本、网络容量大、 自组织及可靠性高等优点，针对矿井下瓦斯监测定位问题 设计出支持ZigBee技术的CC2430模块的瓦斯监测定位方法。
WSN定位技术的分类
目前无线传感器网络的节点定位技术主 要分为： 1）与距离相关 2）集中式与分 布式 3）相对定位与绝对定位 4）紧耦合与 松耦合式。其中最常见的分类方法是与距 离相关。其分为基于测距的定位技术和无 需测距的定位技术。
1.基于测距（Range-based）的定位技术
• 基本思想：先测量锚节点和未知节点之间的距离， 然后再利用几何关系来估算未知节点的坐标位置。 • 三个阶段 —测距阶段：未知节点首先测量到邻居节点的距离 或角度，然后进一步计算到邻近信标节点的距离 或方位； —定位阶段：未知节点在计算出到达三个或三个以 上信标节点的距离或角度后，利用三边测量法、 三角测量法或极大似然估计法计算未知节点的坐 标； —正阶段：对求得的节点的坐标进行求精，提高定 位精度，减少误差；
ZigBee技术
• ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于 CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移 动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、 几公里，并且支持无限扩展。 • 每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对 象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集 和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来 的数据资料。除此之外，每一个ZigBee网络节 点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个 不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD) 无线连接。
• 常见的基于测距的定位技术可以分为以下 三类： 1）基于接收信号强度指示（RSSI）的定 位算法 2）基于信号传播时间/时间差 （TOA/TDOA）的定位算法 3）基于到达角（AOA）的定位算法
基于RSSI的定位算法，是已知发射节点的发 射信号强度，根据接收节点收到的信号强度， 计算出信号的传播损耗，将传播损耗转化为距 离，最后计算节点的位置。
ZigBee模块
• 尺寸：
33.02×㎜26.80㎜×18.00㎜
• • • • • • • • •
工作电压：2.0V-3.6V 工作频率：2400M-2483.5M 芯片闪存：128K 芯片RAM：8K 接收灵敏度：-101dB 最大发射功率：0dBm 传输速率：≦250K 休眠功耗：约2uA 发射接收功耗：约30mA
L2
m 40
75 m
L3 L1 A
100 m
WSN定位技术的应用
除用来提供监测区域内节点的位置信息外，无线传感器 网络定位技术还具有下列应用 1)定向信息查询 如果监测需要，可以对某一个监测区内的监测对象进行定位， 需要管理节点发送任务给这个区域内的传感器节点。 2)协助路由 通过节点的位置信息路由算法可以进行路由的选择。 3)目标跟踪 对目标的行动路线进行实时监测，并且预测目标的前进轨迹。 4)网络管理 使用定位技术可以实现网络管理，利用这些节点传送过来的 节点位置信息来构成网络的拓扑结构，可以对整个网络的覆 盖情况实时观察，并且也可以对节点分布情况进行管理。
节点通信设计
• 由于在矿井下都是长而复杂的巷道，LEACH分簇结 构可以应用在矿井巷道中¨1，延长网络生存时间。 节点工作状态分为建簇阶段和稳定工作阶段。在网 络初始化时，以一定算法选取簇头，为了节省簇头 能量，定期重新选择簇头。节点被选举为簇头之后 向邻居节点广播簇头信息，其他节点根据消息强度 来选择加入哪个簇。建簇完成之后，节点就进入稳 定工作状态，簇内节点将采集到的监测信息传输至 簇头节点，为了减少数据传输量，簇头节点可以对 簇内数据进行必要的数据融合，然后以多跳形式传 输给中继节点，再至地面监控中心。簇内节点可采 用睡眠／定时机制来节省能量。节点通信流程如图 3所示。
பைடு நூலகம்