傳感器定位技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)---傳感器定位技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器定位的技術(shù)背景傳感器可能需要被放置在人員不能到達(dá)的地方（功能較強(qiáng)的）匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限成本因素安裝復(fù)雜性動態(tài)環(huán)境的變化不包含位置信息的數(shù)據(jù)難以被應(yīng)用傳感器資源極度有限傳感器定位的技術(shù)背景傳統(tǒng)定位方式：由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大且傳感器節(jié)點(diǎn)是自組織分布的,在每個節(jié)點(diǎn)中配置GPS接收器或人工放置節(jié)點(diǎn)的方法都是不現(xiàn)實(shí)的?；舅枷耄簜鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點(diǎn)（sink節(jié)點(diǎn)）可以找到自己的精確位置，然后參照此基準(zhǔn)，利用局部定位算法，其他節(jié)點(diǎn)也可以正確定位。選擇與設(shè)計傳感器定位需要考慮的因素硬件設(shè)備信號傳播模式定時和能源要求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（同構(gòu)的或異構(gòu)的）環(huán)境特性（室內(nèi)還是室外）節(jié)點(diǎn)密度設(shè)備的時間同步通信費(fèi)用誤差要求設(shè)備靈活性等。定位性能的評價指標(biāo)位置精度覆蓋范圍刷新速度功耗位置精度是定位系統(tǒng)最重要的指標(biāo)，精度越高，則技術(shù)要求越嚴(yán)，成本也越高。定位精度指提供的位置信息的精確程度，它分為相對精度和絕對精度。絕對精度指以長度為單位度量的精度。相對精度通常以節(jié)點(diǎn)之間距離的百分比來定義。覆蓋范圍和位置精度是一對矛盾性的指標(biāo)。刷新速度是指提供位置信息的頻率。功耗作為傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一項重要指標(biāo)，對于定位這項服務(wù)功能，人們需要計算為此所消耗的能量。定位實(shí)時性更多的是體現(xiàn)在對動態(tài)目標(biāo)的位置跟蹤。傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的分類集中定位技術(shù)：傳感器節(jié)點(diǎn)都將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€中心位置，在這里執(zhí)行計算來決定每個節(jié)點(diǎn)的位置。信費(fèi)用高和固有的延遲，不合適移動應(yīng)用。分布式定位技術(shù)：每個節(jié)點(diǎn)只需依靠與臨近節(jié)點(diǎn)的有限通信就可決定自己的位置。根據(jù)位置估測機(jī)制的不同，我們又將分布式定位技術(shù)分成兩類：距離相關(guān)（Range-based）定位和距離無關(guān)(Range-free)定位Range-based定位機(jī)制的基本特點(diǎn)Range-based定位機(jī)制：根據(jù)點(diǎn)到點(diǎn)的絕對距離或角度來估計位置依賴于多種通信源精確的時鐘通信設(shè)備間的角度推導(dǎo)需要復(fù)雜的硬件來實(shí)現(xiàn)傳感器技術(shù)要求高消耗電能也太多Range-free定位機(jī)制的基本特點(diǎn)Range-free定位機(jī)制：在不需要復(fù)雜的定位硬件情況下能夠提供足夠精度的位置估計。它通常利用鄰近信息和連通信息來實(shí)現(xiàn)定位。距離無關(guān)定位算法中，局部定位技術(shù)要求匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)量多而且到處分布能夠覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)。Range-based定位技術(shù)：TOATOA(TimeofArrival)技術(shù)一般通過信號傳播時間來獲得距離信息。TOA的精確性高需要相對較快的處理能力來解決計時出現(xiàn)的誤差(短距離測量)因此該方法,需要昂貴和耗能的電子設(shè)備應(yīng)用：不適合無線Ad-hoc傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位GPSRa費(fèi)ng哲e-教ba茄se衡d定位存技術(shù)找：TD程OATD死OA（Ti頌me殺D問if桌fe憑re嘩nc勾e徐of話A趨rr內(nèi)iv親al）技術(shù)滲被廣性泛應(yīng)后用在貴無線雨傳感輛器網(wǎng)蹲絡(luò)定召位方猴案中刮。已知瞞信號諒的傳狂播速圣度，粥根據(jù)詞信號構(gòu)的傳丈播時案間來傷計算供節(jié)點(diǎn)徑間的遺距離糊。通過喜記錄脹兩種止不同船信號嚷到達(dá)磨時間厲差異劫，基噴于已龜知信像號傳鳴播速堆度，貼直接孔把時我間轉(zhuǎn)難換為瞇距離秘。TD遺OA也依絮賴大乓量的模昂貴亞且消盾耗能茂量的衫硬件坊，這渣使得街它也棄不適揭于低至能源釋的傳相感器貴網(wǎng)絡(luò)廚設(shè)備逗。此趁外，俘信號作傳輸愿距離拖較短我，要日求節(jié)剃點(diǎn)密譽(yù)集布續(xù)局。Ra伯ng且e-妻ba稀se桐d定位雕技術(shù)艘：AO兄AAO廳A弄(A機(jī)ng頸le主o查f緒Ar仆ri耳va遷l)技術(shù)銳允許媽節(jié)點(diǎn)狐估測雕相鄰嬸節(jié)點(diǎn)姜間的劫相對撈角度畜。AO傾A方法鏟利用鈔天線育矩陣走來測宏量信兵號到使達(dá)時書的角購度，胸角度救又結(jié)承合估聾計的何距離殼或其射它角荷度測慣量法與來得來到位害置。該方饞法通郊過配市備特卻殊天澆線來奏估測雀其它挽節(jié)點(diǎn)幣發(fā)射步的無糞線信患號的此到達(dá)塵角度眠。Ao依A測距剛技術(shù)月易受鉆外界癢環(huán)境天影響漫，且權(quán)需要截額外碎硬件藥，它除的硬脾件尺祥寸和嬸功耗磚指標(biāo)蔑不適仗用于漏大規(guī)獨(dú)模的諷傳感漿器網(wǎng)粉絡(luò)，渴在某腳些應(yīng)就用領(lǐng)播域可攝以發(fā)報揮作煙用。Ra扶ng裕e-哲ba事se培d定位紛技術(shù)波：RS檢SIRS授SI（Re濤ce續(xù)iv顧ed魂S休ig槐na言l筒St播re細(xì)ng煤th旅I軍nd歇ic頌at英or割,接收紡信號弟強(qiáng)度快指示）技術(shù)客，通鞏過測徒量發(fā)棗送者叮和接齒收者愚之間暈無線療信號炎強(qiáng)度晝的衰海減度痛，并屯據(jù)此秒估測按二者穩(wěn)的距鴨離。閘該技苗術(shù)主征要使著用射腫頻信剃號。由于用諸如另多路揭衰減呼、背華景噪糖聲和鳴不規(guī)糕則的傲信號密傳播竭特性脫，使蝦得該池距離果估測俘不準(zhǔn)垮確?？梢允柰ㄟ^寸距離綢估計悠、兩稻相的嘗精確劍估計惹和參割數(shù)校炒準(zhǔn)等竹方法觀，這枯些方細(xì)法都育利用墓平均閱、平盆滑、役多種耗方法局的混笑合技匠術(shù)來桿將誤媽差減鄉(xiāng)豐少至概某個傘可以游接受剝的范激圍內(nèi)酷。Ra資ng澇e-駱ba揀se癢d定位雄技術(shù)哲：RS臣SI無線浮信號批接收蔽強(qiáng)度灰指示煩與信夜號傳戀播距喊離之冬間的屢關(guān)系Ra喪ng虹e-綱ba損se胸d定位支技術(shù)賣：小苗結(jié)距離暖相關(guān)毯定位吸方法陜依靠隱距離和測量掌算法巧來估則計相映鄰節(jié)音點(diǎn)間狐的距合離，委不同授的測咳量技單術(shù)將監(jiān)在準(zhǔn)程確度自、復(fù)怖雜性挑、費(fèi)聲用和替能源辮等要額求之棋間尋扣求不惑同的姓平衡耳。太大賄的測遣量誤克差導(dǎo)裹致許達(dá)多無佛用的板位置班信息蹲。這超就是Ac蠢-h查oc無線導(dǎo)傳感頭器網(wǎng)路定外位面麥臨的數(shù)一個們重要創(chuàng)挑戰(zhàn)拾，稱揚(yáng)作距忘離誤困差問增題。Ra榴ng疊e-碎Fr順ee定位撐技術(shù)遷：簡沖介兩類Ra據(jù)ng茂e-仆fr圖ee定位宣算法罰：局部膏定位效算法和跳計發(fā)數(shù)算毯法。局部議定位遷算法依賴斷高密模集度分的匯賠聚節(jié)術(shù)點(diǎn)，煎使得礙每個煮傳感立器節(jié)記點(diǎn)都符接聽銹幾個雅匯聚揀節(jié)點(diǎn)稿的信飯?zhí)?，鼠常見搜的算煎法有Ce頸nt裂ro港id（質(zhì)性心法覺）和AP甩IT（近瞞似三馬角形藥內(nèi)點(diǎn)澤測試羽）；跳計腐數(shù)算販法依靠妨洪泛宅網(wǎng)絡(luò)污，在赤含有蹲稀疏炮匯聚旬節(jié)點(diǎn)糧的傳段感器碼網(wǎng)絡(luò)手中，岡跳計軌數(shù)技芹術(shù)可夸將功返能強(qiáng)溉大的si體nk節(jié)點(diǎn)喇的位劃置信怎息廣霜播到州整個者網(wǎng)絡(luò)銳，常默見的雀算法姨有DV－HO爐P法。Ra吃ng夕e-金Fr至ee定位夕技術(shù)欲：質(zhì)值心算筑法在計剃算幾范何學(xué)罰里多斷邊形郊的幾拒何中研心稱挎為質(zhì)慣心，范多邊奶形頂醬點(diǎn)坐悔標(biāo)的賞平均哀值就牛是質(zhì)閃心節(jié)頓點(diǎn)的爽坐標(biāo)乎。假設(shè)邊多邊奔形定概點(diǎn)位疾置的識坐標(biāo)患向量端表示羞為pi=莊(xi，yi)T，則捐這個鄰多邊顛形的毅質(zhì)心宇坐標(biāo)捷為：Ra牧ng莊e-楚Fr尿ee定位賢技術(shù)母：質(zhì)驕心算買法例如穿，如方果四悄邊形AB股CD的頂碗點(diǎn)坐雨標(biāo)分綱別為，則它留的質(zhì)劃心坐排標(biāo)計被算如謝下：方法娃的計娘算與花實(shí)現(xiàn)哨都非仿常簡疾單，酷根據(jù)還網(wǎng)絡(luò)裕的連遙通性握確定智出目寺標(biāo)節(jié)腫點(diǎn)周宰圍的驅(qū)信標(biāo)歪參考脖節(jié)點(diǎn)爪，直弟接求慌解信新標(biāo)參淋考節(jié)伍點(diǎn)構(gòu)皺成的廊多邊緊形的貍質(zhì)心蜂。Ra傻ng賢e-胞Fr源ee定位辨技術(shù)靈：Ce的nt報ro喪id定位源方法Ce徹nt退ro豬id定位烘方法贊提出燦了一駱個異典構(gòu)的召網(wǎng)絡(luò)犬，它售包含短了一覽些功猜能強(qiáng)史大的si塑nk節(jié)點(diǎn)碑來建修立定惜位信海息，愚在系絮統(tǒng)中見，這偽些節(jié)染點(diǎn)提輕供位狗置信枝息給變鄰居復(fù)節(jié)點(diǎn)恐。在衫接收非到這蔥些位沒置信告息后極，一拌個節(jié)搜點(diǎn)采親用一輕個簡葵單的刻質(zhì)心嘉模型假來估竹算自燈己的語位置韻，即往計算醉它接販聽到畜的所咐有位稠置的潮質(zhì)心鳴，這框個質(zhì)陜心就垃是估挖計的玩位置魂。簡單議和易盈于實(shí)勵現(xiàn)精確南度不搶高結(jié)果搬的精泊確性畏依賴應(yīng)于si超nk節(jié)點(diǎn)令均勻辱的布臘置在一雷個自球組傳謊感器可網(wǎng)絡(luò)斃中很勿難滿批足上綢述要依求Ra癥ng刪e-偷Fr標(biāo)ee定位錯技術(shù)猾：AP盜IT定位蹦方法AP爬IT（近洽似三赴角形灰內(nèi)點(diǎn)想測試講）定位哲的基怠本思雞想:目標(biāo)貫節(jié)點(diǎn)塵從所嘗有聽升得見暴的si粘nk節(jié)點(diǎn)纏中選五擇3個，失然后肝連接爬這三扶個si屆nk節(jié)點(diǎn)村，構(gòu)拼成一仗個三塘角形吵，判關(guān)斷目狐標(biāo)節(jié)傻點(diǎn)是澆否在標(biāo)三角殘形中路。然汁后AP罪IT對不稿同的si景nk節(jié)點(diǎn)尺組合艙重復(fù)桑測試魯，直蝕到測跑試完春所有鼓的組浸合或繁者得圾到要扣求的戒準(zhǔn)確桃度為辨止。秘最后謹(jǐn)，計門算所葬有包進(jìn)含目旨標(biāo)節(jié)捧點(diǎn)的挑三角虛形的奏交集識的質(zhì)令心，徒以此眉決定心目標(biāo)餓節(jié)點(diǎn)者的大合致位捉置。由于AP黑IT要求si陶nk節(jié)點(diǎn)暑的密編集度奶高，孟因此午該方零法不免適合si回nk節(jié)點(diǎn)鏡稀疏船的傳謠感器身網(wǎng)絡(luò)殿。Ra槐ng莊e-勇Fr巷ee定位柏技術(shù)香：DV亞-H間op定位辣方法DV典-H鉗op定位師方法柄：Di斷st臘an翁ce糖V殃ec評to暫r-阻HO具PDV伐-H秋op算法攻解決欣了低尖錨點(diǎn)說密度際引發(fā)新的問仙題，慌它根唐據(jù)距耕離矢閱量路售由協(xié)幣議的筋原理鑰在全洪網(wǎng)范焰圍內(nèi)明廣播褲跳數(shù)漢和位頁置。每個Si取nk節(jié)點(diǎn)驢發(fā)送唱一個搭廣播教分組包，該帆分組國包含丟自身漂的位伐置信航息和姻跳段冶個數(shù)絡(luò)，跳理段個雜數(shù)初戶始化哀為0。節(jié)軍點(diǎn)收所到信燒標(biāo)節(jié)器點(diǎn)的繡廣播丟分組槽后檢壩驗該丸分組社跳段榨數(shù)是宰否小曠于本愛節(jié)點(diǎn)屆表內(nèi)眉的存磁儲值葛，如胸果是香則更粥新該威表，傷然后開跳段加數(shù)加1并廣流播該轉(zhuǎn)分組緞，否艙則丟酒棄該屯分組躍。最謝終所頃有的東未知劑節(jié)點(diǎn)宰均能訴獲得我到所紛有si渴nk節(jié)點(diǎn)父的最瓦小跳拔數(shù)。為了如將跳櫻數(shù)轉(zhuǎn)喚換成房誠物理泳距離疲，si車nk節(jié)點(diǎn)殊根據(jù)飄網(wǎng)絡(luò)制中所啞有其黎它節(jié)齊點(diǎn)的吹位置助和跳名數(shù)來霞求得墊平均李值。騙當(dāng)一補(bǔ)個節(jié)療點(diǎn)能轟計算嗚出到嘆平面按上3個以懼上的si禮nk節(jié)點(diǎn)槐的距基離，恩它就獲可用滾三角嚼形法盼（多循邊形布法）僚估計主它的密位置琴。DV剝-h籌op方法棄在密匠集的卡規(guī)則封布局雕的網(wǎng)聾絡(luò)中僑執(zhí)行峽效果捐很好醬，但堪在稀勁疏或馬不規(guī)鴨則的罷網(wǎng)絡(luò)性中精頭確度密下降揮。Ra沃ng由e-酷Fr益ee定位級技術(shù)奸：DV繩-H躁op定位蛋方法如圖聰所示爺，已投知信劃標(biāo)節(jié)扮點(diǎn)Ll、L2與L3之間辟的距霉離和顛跳數(shù)塌，假糊設(shè)L2計算蝦得到巖平均蒼跳段玻距離容為(額40紐奉+7蛋5)／(2嚷+5祥)尿=釋16神.4臉2。假拆設(shè)節(jié)冒點(diǎn)A從節(jié)過點(diǎn)L2獲得遞平均選跳段督距離這，則兇它與腳信標(biāo)憲節(jié)點(diǎn)Ll、L2、L3的距純離為揮分別柿為3×膨16棋.4趨2、2×嬸16活.4野2、3×寺16混.4喪2。計算驢未知緣瑞節(jié)點(diǎn)知與每洗個信釘標(biāo)節(jié)融點(diǎn)的大最小陷跳數(shù)其次古計算御未知蟻節(jié)點(diǎn)證與信時標(biāo)節(jié)庫點(diǎn)之狀間的拴距離計算械未知堡節(jié)點(diǎn)揮的坐