无线传感器网络中的移动节点定位技术
基于无线传感器网络的煤矿井下人员定位系统设计与实现
基于无线传感器网络的煤矿井下人员定位系统设计与实现作者：岳秋艳,王文学,郭霞来源：《电脑知识与技术》2011年第15期摘要：井下人员定位系统对于提高煤炭企业的安全管理水平和应急救援水平都十分必要。
现有基于RFID技术的井下人员定位系统开发受RFID技术的限制无法满足井下全方位人员定位的要求。
近年来随着无线通讯技术和无线传感器网络技术的迅速发展，为研发下一代的井下人员定位系统提供了技术基础。
该文针对煤矿井下人员定位的需求基于无线传感器网络技术提出了井下人员定位系统的设计方案，该方案能够实现井下人员的准确定位，有利于提升矿山企业的数字化安全管理水平。
关键词：RFID；无线传感器网络；锚节点；定位中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)15-3725-02我国煤矿地质条件复杂、地下环境特殊，导致矿难频发、矿难救援难度极大。
目前由于煤矿井下普遍存在着入井人员管理困难、井下人员的分布及作业情况难以及时准确掌握的问题，导致矿难发生后无法对井下被困人员及时抢救，给煤矿安全生产工作带来了极大的隐患。
近年来，国内众多的企业基于RFID(Radio Frequency Identification ，即射频识别，俗称电子标签) 技术陆续推出了众多的煤矿井下人员定位系统，此类的人员定位系统具有体积小、重量轻、便于携带等优点，有效地弥补了我国井下人员定位系统的空白，成功的应用在国内众多的煤矿中。
但由于RFID技术在使用中存在通信距离短、基站安装成本高的缺点，无法实现井下无线信号的全覆盖和人员的精确定位，只能做到区域定位；而且RFID技术在多人同时通过无线基站时存在漏读卡现象，这种基于RFID技术的井下人员定位系统无法满足井下全方位人员定位的要求，并非真正意义的人员到位跟踪系统，只能够用于入井人员的考勤管理。
近年来随着无线通讯技术和无线传感器网络技术的迅速发展，为研发下一代的井下人员定位系统提供了技术基础。
无线传感网络概述
无线传感网络概述学号031241119姓名魏巧班级0312411一、无线传感器网络（WSN）的定义：无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。
二、传感器的节点分布及通信方式：由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。
节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。
由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。
三、WSN运行的环境：1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。
2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。
在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。
四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点：主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。
目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。
特点有如下几点：（1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。
（2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。
无线传感器网络概述
无线传感器网络概述1科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代，作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，得到了极大的发展。
2目前无线网络可分为两种:一种是有基础设施的网络,需要固定基站,例如我们使用的手机，属于无线蜂窝网，它就需要高大的天线和大功率基站来支持，基站就是最重要的基础设施；另外，使用无线网卡上网的无线局域网，由于采用了接入点这种固定设备，也属于有基础设施网。
另一类是无基础设施网，又称为无线Ad hoc网络,节点是分布式的，没有专门的固定基站。
无线Ad hoc网络又可分为两类: 一类是移动Ad hoc网络(Mobile Ad hoc Network,简称MANET)，它的终端是快速移动的。
一个典型的例子是美军101空降师装备的Ad hoc网络通信设备，保证在远程空投到一个陌生地点之后，在高度机动的装备车辆上仍然能够实现各种通信业务，而无需借助外部设施的支援。
另一类就是我们讲的无线传感器网络,它的节点是静止的或者移动很慢。
3传感器网络的标准定义是这样的：传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。
如图所示，大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。
在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。
4它们分别构成了信息系统的“感官”、“大脑”和“神经”三个部分。
因此说，无线传感器网络正是这三种技术的结合，可以构成一个独立的现代信息系统。
5第一阶段：最早可以追溯二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。
当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，这条道路是胡志明部队向南方游击队源源不断输送物资的秘密通道，美军曾经绞尽脑汁动用航空兵狂轰滥炸,但效果不大。
基于ARM的无线传感器网络移动节点的设计
Ｄｅｉｎ ａ ｄ Ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｎ ｏ ｏ ￣ ｄ ｉｅｅｓＳ ｎ ｏ ｔ ｒ ｓＢａ ｅ ｓ ｎ ｍｐ ｅ ｎａｉ ｆａＭ ｂ ｅＮｏ ｅ ｉ Ｗ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒＮｅｗｏ ｋ ｓ ｄ ＡＲＭ ｇ ｏ ｎ
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摘 要 ： 绍 了基 于 Ａ Ｍ 微 控 制 器 的 移 动 传 感 节 点 的 设 计 方案 ， 出 了以 Ｌ Ｃ ２４为核 ・ 介 Ｒ 给 Ｐ２１
的 硬 件 设 计 的 原 理框 图 详 细 阐速 了红 外传 感 器 电路 、 频 通 讯 电路 、 射 电机 驱 动 电路 ＿ 外 及
围接 口电路 的设 计和数据 传输 流程 。该传 感器节点具 有配置简单、 扩展方便 、 可靠性 高的
Ｋｅ ｒ ｓ Ａ ｙ ｗｏ ｄ ： ＲＭ ｍｉｒ— ｒｃ ｓｏ ； ｉｅｅｓ ｓｎ ｏ ｅｗｏｋ ； ｂｌ ｏ ｅ ｃｏ ｐｏ ｅ ｓｒｗ ｒｌｓ ｅ ｓｒ ｎ ｔ ｒｓ ｍｏ ｉ ｎ ｄ ｅ
随着通讯 与 网络 技术 的发展 ，无线 传感 网络技 术 被 广泛应 用 于各 种领 域 ， 如科 学 勘查 、 报收 集 、 情 安全监 控等 。同时 ， 随着嵌入 式 系统技 术 的发展 ， 高
档 微 处理器 被 逐渐 应用 于各 种 通 讯 和 网络设 备 ， 尤
无线传感网络综述
1、无线传感网络简介无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区中观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。
2、无线传感网络的特点1）硬件资源有限：节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2）传感节点数目多、易失效：根据应用的不同，传感器节点的数量可能达到几百万个，甚至更多。
此外，传感器网络工作在比较恶劣的环境中，经常有新节点加入或已有节点失效，网络的拓扑结构变化很快，而且网络一旦形成，人很少干预其运行。
因此，传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性，相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。
3）通信能力有限：考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大，传感器网络采用多跳路由的传输机制。
传感器节点的无线通信带宽有限，通常仅有几百kbps 的速率。
由于节点能量的变化，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信性能可能经常变化，频繁出现通信中断。
4）电源能量有限：网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。
因此在无线传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5）以数据为中心是网络的核心技术：对于观察者来说，传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。
例如，在应用于目标跟踪的传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个节点监测到目标。
以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统，使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
无线传感网知识点
第一章无线传感网概述1.无线传感器网络的概念：无线传感器网路是一种由多个无线传感器节点和几个汇聚节点构成的网络，能够实时的检测、感知和采集节点部署区域的环境或感兴趣的的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后一无线的方式发送出去。
2.WSN的特点及优势1）WSN与Ad hoc共有的特征：自组织；分布式；节点平等；安全性差2）WSN特有的特征：计算能力不高；能量供应不可代替；节点变化性强；大规模网络3.无线传感器网络架构：1）协议：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层物理层：负责载波频率产生、信号的调制解调等工作，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。
数据链路层：（1）媒体访问控制。
（2）差错控制。
网络层：负责路由发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。
传输层：负责将传感器网络的数据提供给外部网络，也就是负责网络中节点间和节点与外部网络之间的通信。
应用层：主要由一系列应用软件构成，主要负责监测任务。
这一层主要解决三个问题：传感器管理协议、任务分配和数据广播管理协议，以及传感器查询和数据传播管理协议。
2）管理平台：（1）能量管理平台（2）移动管理平台（3）任务管理平台（1）管理传感器节点如何使用资源，在各个协议层都需要考虑节省能量。
（2）检测传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。
（3）在一个给定的区域内平衡和调度检测任务。
4.无线传感器网络所面临的挑战：低能耗，实时性，低成本，安全和抗干扰，协作第二章无线传感网物理层设计1.WSN物理层频率的选择：一般选用工业，科学和医疗频段。
ISM（医疗）频段的主要优点是无需注册的公用频段、具有大范围可选频段、没有特定标准、灵活使用。
欧洲使用433MHZ，美国使用915MHZ频段2.WSN结构采用的是无线射频通信第三章数据链路层1.MAC协议分类：1）按节点的接入方式：侦听（间断侦听：DEANAdeng），唤醒（低功耗前导载波侦听MAC协议），调度（主要使用在广播中）2）按信道占用数划分：单信道（主要采用），双信道，多信道3）信道分配方式：竞争型（S-MAC，T-MAC,Sift），分配型（SMACS，TRAMA），混合型（ZMAC），跨层型2.分配型MAC协议采用TDMA,CDMA,SDMA,FDMA等技术3.数据链路层的关键问题：能量效率问题，可扩展性，公平性，信道共享，网络性能的优化4.记忆竞争的S-MAC协议，具有以下特点：（1）周期性的侦听和睡眠（2）使用虚拟载波侦听和物理载波侦听进行冲突避免（3）自适应侦听（4）将长消息分成子段进行消息传递5.基于竞争的T-MAC协议：为了改进S-MAC协议不能根据网络负载调整自己的调度周期的缺点，T-MAC协议根据一种自适应占空比的原理，通过动态地调整侦听与睡眠时间的比值，从而实现节省能耗的目的。
无线传感器网络节点移动路径优化方法
０ 引 言
覆盖 问 题 是 无 线 传 感 器 网 络 （ ｒｌ ｓ ｓｎｏ ｅ— ｗｉ ｅ ｅ ｓｒｎ ｔ ｅｓ ｗ ｒｓ ｏｋ ，ＷＳ Ｎ）的基本问题 。它反映 了 ＷＳ Ｎ对被 监测 区域
耗 ＿ 。所 以在移动 传感器 修复 覆盖空 洞时 ，确定 了移动传 ７ ］ 感器 的最后位置之后 我们需 要决定 怎样 把传感 器移 动到 目 标位置才能达到更好 的网Байду номын сангаас覆盖效果 。文献 Ｅ ］ 中基本竞 ９
量 ，从而延长 了网络的生存 时间。仿 真结果表 明，该优化方 法比标准 的级联移动方法有更 高的 网络能量使用效率。
关 键 词 ：无 线 传 感 器 网络 ；移 动 传 感 器 ；级 联 移动 ；移 动 路 径 ； 能量 消耗
中图法分类号 ： ３ ３ 文献标识号 ：Ａ 文章编 号：１０ —０ ４（０ ２ ６２ ３—４ ＴＰ ９ ０ ０７ ２ ２ １ ）０— １７０
在无线传感器 网络 中 ，覆盖 问题的最 终 目的是在 不 降
低原有覆 盖水 平 的基础上 ，有 效分 配各节 点 的状 态 ，最小 化 网络每轮 的能量 消耗 ，同时使 每个节 点平均 分担 网络能
收 稿 日期 ：２ １—０２ ；修 订 日期 ：２ １—２２ ０ １１—４ ０ １１—６
问题 。最优 的级联移动路径既要平衡各 传感器 的能量 消耗 ，
的能量使用效率 。
式中： ——路径 ｍ上 的第 ｉ 个节点 Ｓ。
从 目的移动传感器到 目标位置有 多条可用的级联移动路
径 ，需要从 中选出一条最优的移动路径。设 Ｐ一 ｛Ｅ Ｄ ＞ ， ｍ ∈Ｍ），其 中 为阈值 ，Ｍ 为所有可用路径集 。若 Ｐ≠ ， 则从 Ｐ中选择一条路径能量可用率最大的路径
无线传感器网络(WSN)综述
之所以国内外都投入巨资研究机构纷纷开展无线传感器网络的研究，很大程度归功于其广阔的应用前景和对社会生活的巨大影响。
WSN的体系结构
传感器网络结构
数据采集、处理、通信能力
WSN的体系结构（续）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ传感器节点结构
MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质
传感器网络由物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、能量管理平面、移动性管理平面和任务管理平面八个部分组成。
清除发送阶段
WSN的协议（续）
路由协议 和传统的路由协议相比，无线传感器的路由协议有以下特点： 能量优先 基于局部拓扑信息 以数据为中心 应用相关
WSN的协议（续）
基于查询的路由协议。
路由协议分类
能量感知路由协议。
地理位置的路由协议。
可靠的路由协议。
关键技术
网络拓扑控制
01
网络协议
02
网络安全
无线传感器网络（WSN）综述
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2010/5/6
主要内容：
CONTENTS
WSN概述
历史以及发展现状
WSN的体系结构
01
WSN的特征
WSN的应用
WSN的协议
02
03
04
05
06
WSN概述
无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）系统是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。
WSN的应用（续）
WSN的应用（续）
智能家居
家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连在一起。为人提供人性化的家居环境。 例：Avaak 提供一个只有1立方英寸大小的自治产品。这个微型的无线视频平台包含有一节电池、无线电、摄像相机、(彩色成像器加镜头)、控制器、天线和温度传感器。（如图 ）
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无线传感器网络中的移动节点定位技术
在无线传感器网络的应用中，会存在着移动节点。
因为传感器节点并非固定不
动的，而是会随着应用场景的变化而移动。
因此，移动节点的定位就显得尤为重要。
无线传感器网络中的移动节点定位技术，就是为了解决这个问题而出现的。
一、传统定位技术在无线传感器网络中的不适用性
在传统的定位技术中，往往需要使用基站或是卫星等设备作为参考点。
但是，
在无线传感器网络中，这种方法并不适用。
因为传感器节点的数量通常会很大，而且这些节点的位置也是分散的。
因此，要想将所有节点的位置都标记出来，就需要大量的基站或卫星。
这样就会导致无法快速、准确地标记出移动节点的位置。
二、无线传感器网络中的基本定位方法
在无线传感器网络中，移动节点定位技术主要分为基于信号强度的定位方法和
基于距离测量的定位方法两种。
1. 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利用信号的衰减关系计算出位置的方法。
这种
方法的核心思想是，节点之间的信号强度与它们之间的距离成反比例关系。
因此，只需在不同位置分别测量信号的强度，就可以利用这种关系计算出节点的位置。
但是，这种方法需要在节点之间建立相应的信号模型，模型的精度直接影响到
定位的精度。
因此，这种方法在实际应用中并不十分可靠。
2. 基于距离测量的定位方法
基于距离测量的定位方法，则是一种在无线传感器网络中比较常用的定位方法。
这种方法可以通过三种基本技术来实现：
（1）全球定位系统（GPS）测量：通过GPS卫星和地面接收器之间的距离测量节点的位置。
（2）声波信号测量：通过发送声波信号来测量距离。
（3）光纤传感器：通过方法中使用光纤传感器，利用传输信号的时间差计算出节点的位置。
三、移动节点定位技术的现状
目前，移动节点定位技术已经得到了广泛应用。
无线传感器网络的定位技术不断发展，新的算法和方法不断被提出。
例如，滤波和模型拟合、解决多径效应、混沌映射等方法都有在进行尝试。
同时，这些新技术都具有自己的优缺点。
移动节点定位技术的选择需要根据实际的应用场景进行。
无论哪种技术，都需要足够的准确度和可靠性，以保证传感器网络的正常运行。
四、结语
无线传感器网络中的移动节点定位技术是非常重要的一个领域。
它对于实现精准定位和提高无线传感器网络的整体性能都起到了至关重要的作用。
因此，研究和开发新的移动节点定位技术，将有助于更好地应用无线传感器网络的各个领域。