無線傳感器與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)

《無線傳感器與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)定位即確定方位、確定某一事物在一定環(huán)境中的位置。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位具有兩層意義：其一是確定自己在系統(tǒng)中的位置；其二是系統(tǒng)確定其目標(biāo)在系統(tǒng)中的位置。在傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息已經(jīng)成為整個網(wǎng)絡(luò)中必不可少的信息之一，很多應(yīng)用場合一旦失去了節(jié)點(diǎn)的位置信息，整個網(wǎng)絡(luò)就會變得毫無用處，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)已經(jīng)成了眾多科學(xué)家研究的重要課題。2.1基本概念描述在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為了實現(xiàn)定位的需要，隨機(jī)播撒的節(jié)點(diǎn)主要有兩種：信標(biāo)節(jié)點(diǎn)（BeaconNode）和未知

2、節(jié)點(diǎn)（UnknownNode）。通常將已知自身位置的節(jié)點(diǎn)稱為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)可以通過攜帶GPS定位設(shè)備（或北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞、或預(yù)置其位置）等手段獲得自身的精確位置，而其它節(jié)點(diǎn)稱之為未知節(jié)點(diǎn)，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)只占很少的比例。未知節(jié)點(diǎn)以信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息來確定自身位置。傳感器網(wǎng)路的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成如圖2-1所示。圖2-1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)Figure2-1Beaconnodesa

3、ndunknownnodesofwirelesssensornetwork...在圖2-1中，整個傳感器網(wǎng)絡(luò)由4個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和數(shù)量眾多的未知節(jié)點(diǎn)組成。信標(biāo)節(jié)點(diǎn)用B來表示，它在整個網(wǎng)絡(luò)中占較少的比例。未知節(jié)點(diǎn)用U來表示，未知節(jié)點(diǎn)通過周圍的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或已實現(xiàn)自身定位的未知節(jié)點(diǎn)通過一定的算法來實現(xiàn)自身定位。下面是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一些常用術(shù)語：(1)鄰居節(jié)點(diǎn)（NeighborNodes）：無需經(jīng)過其它節(jié)點(diǎn)能夠直接與之進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)；(2)跳數(shù)（HopCount）：兩個要實現(xiàn)通信的節(jié)點(diǎn)之間信息轉(zhuǎn)發(fā)所需要的最小跳段總

4、數(shù)；(3)連通度（Connectivity）：一個節(jié)點(diǎn)擁有的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目；(4)跳段距離（HopDistance）：兩個節(jié)點(diǎn)間隔之間最小跳段距離的總和；(5)接收信號傳播時間差(TimeDifferenceofArrival，TDOA)：信號傳輸過程中，同時發(fā)出的兩種不同頻率的信號到達(dá)同一目的地時由于不同的傳輸速度所造成的時間差；(6)接收信號傳播時間（TimeofArrival，TOA）：信號在兩個不同節(jié)點(diǎn)之間傳播所需要的時間；(7)信號返回時間（Round-tripTimeofFlight，RTO

5、F）：信號從一個節(jié)點(diǎn)傳到另一個節(jié)點(diǎn)后又返回來的時間；(8)到達(dá)角度(AngleofArrival，AOA)：節(jié)點(diǎn)自身軸線相對于其接收到的信號之間的角度；(9)接收信號強(qiáng)度指示(ReceivedSigna1StrengthIndicator，RSSI)：無線信號到達(dá)傳感器節(jié)點(diǎn)后的強(qiáng)弱值。2.2節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)性能評價標(biāo)準(zhǔn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)中，不同的定位算法對定位結(jié)果有不同的影響，通常情況下有以下幾個指標(biāo)來衡量：（1）定位精度（PositionalAccuracy）：定位精度是指...空間實體位置信息（

6、通常為坐標(biāo)）與其真實位置之間的接近程度，它是衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的首要指標(biāo)，只有達(dá)到一定定位精度的定位算法才是真實有效的。定位精度分為絕對精度和相對精度，絕對精度是指誤差的絕對值，以長度為單位表示；相對精度是指誤差值與節(jié)點(diǎn)之間距離的百分比。（1）有效定位范圍（EffectiveRangofOrientation）：定位系統(tǒng)所能定位的有效范圍。在WSN中要滿足大多數(shù)節(jié)點(diǎn)能夠被定位，只有覆蓋大范圍的節(jié)點(diǎn)定位才有意義。（2）節(jié)點(diǎn)密度（NodeDensity）：節(jié)點(diǎn)密度就是指的播撒的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的疏密程度。在

7、傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密度對定位的性能影響很大，一般情況下節(jié)點(diǎn)密度越高定位的精度也會越高，反之則會降低節(jié)點(diǎn)的定位精度。在WSN中針對不同的定位算法所需要節(jié)點(diǎn)密度也不相同，另外傳感器節(jié)點(diǎn)的性能和價格也決定了播撒的節(jié)點(diǎn)的密度。（3）信標(biāo)節(jié)點(diǎn)密度(DensityofBeaconNode)：信標(biāo)節(jié)點(diǎn)密度是指信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在整個WSN中所占的比例。信標(biāo)節(jié)點(diǎn)具有自身定位功能，價格較貴，不可能大面積播撒，它節(jié)點(diǎn)的密度決定了定位的精度的高低。（4）容錯性和自適應(yīng)性（FaultToleranceandAdaptivity）：所謂容

8、錯性是指在故障存在的情況下系統(tǒng)不會失效，仍然能夠正常工作的特性。容錯即是FaultTolerance，確切地說是容故障（Fault），而并非容錯誤（Error）。自適應(yīng)性可以看作是一個能根據(jù)環(huán)境變化能夠智能調(diào)節(jié)自身特性的反饋控制系統(tǒng)，以使系統(tǒng)能按照一些設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)工作在最優(yōu)狀態(tài)。（5）安全性（Security）：Security指的是指系統(tǒng)對合法用戶的響應(yīng)及對非法請求的抗拒，以保護(hù)自己不受外部影響和攻擊的能力。WSN通常工作在物理環(huán)境較為復(fù)雜的區(qū)域，定位系