无线传感器网络定位、跟踪与时间同步技术.pptx

无线传感器网络定位、跟踪与时间同步技术123455512
一些测距方法:
1．到达时间测量法（TimeofArrival，TOA）
2．到达时间差测量法（TimeDifferenceofArrival，TDOA）
3．到达信号强度测量法（RSSI）

1．到达时间测量法（TimeofArrival，TOA）
已知物理信号的传播速度v，根据信号的传播时间t来计算节点间的距离，即距离d=v×t。此方法要求进行通信的两个节点时间必须高度同步。
571（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。

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从第一个方程开始分别减去最后一个方程可得如下线性方程：

简化为矩阵相乘的方式：AX=b

使用标准的最小均方差估计方法可以得到节点D的坐标为：

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（2）覆盖范围
覆盖范围是指节点的射程范围，覆盖范围越大，精度越高的定位机制是最佳的选择。覆盖范围和定位精度是一对矛盾。覆盖范围越大，提供的精度越低。在实际应用中可以根据具体情况在覆盖范围和定位精度之间做出折中，以达到较好的定位效果。

（3）信标节点密度
不同的定位方案对信标节点的数量要求不同，如三边定位算法要求3个信标节点、多边极大似然估计法需要至少3个信标节点。信标节点一般都是通过人工部署或者全球定位系统（GPS）获取其地址的。信标节点的密度越小越好。

（4）容错性和鲁棒性
定位算法通常是在比较理想的通信环境和一些测量指标比较准确的情况下才能达到精确定位。在实际网络环境定位过程中，通常存在因为周围环境的影响而产生的距离和角度误差太大从而影响定位精度，网络节点能量耗尽、物理损伤等自身原因而过早死亡，引起其他节点的定位过程中断或者不能实现等诸多情况。因此，定位系统要有一定的容错性和鲁棒性从而减小定位误差提高定位精度，以更好地适应周围环境。
1．Cricket定位系统
2．质心定位算法
3．TOA和TDOA定位方法
4．AOA定位算法
5．RSSI定位方法
6．DV-HOP定位方法
7．Amorphous定位方法
8．APIT定位方法

1．Cricket定位系统
Cricket是一种基于TDOA测距技术的室内定位系统，与其他定位系统不同的是，它通过测量到未知节点最近的信标节点计算静止或者移动目标在大楼内具体房间的哪一区域，而不是绝对位置。Cricket系统没有中心管理或者控制系统，而是分布式管理，为了更好地通信，把信标节点和发射器布置在天花板上。

2．质心定位算法
质心定位算法是一种与距离无关的估计定位算法，质心也即多边形的几何中心，多边形的顶点坐标的平均值为质心坐标。多边形ABCD的顶点分别是，，，，则质心坐标为

在质心算法中首先确定未知节点的所在区域，计算这个区域的质心坐标，并将该质心坐标作为此未知节点的坐标。它不需要信标节点和未知节点之间的协调，因此实现起来比较简单，算法复杂度比较低。
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利用上面的方法，分别测得相邻3个节点的相对各自的方位角，如节点B相对节点A的方位角为ab，同样可以测得节点C相对于节点A的方位角ac，由此可得：CAB=ac−ab。如果节点B是已知方向的节点，它的轴线相对于指南针方向角为b，则可以根据几何知识推导出节点A的轴线相对于指南针的方向角为。由此可知，该算法还可以实现定向功能。
由于基于AOA的定位算法需要额外硬件的支持，而且测距过程容易受到外界环境的影响，因此不适合在大规模网络中使用。

5．RSSI定位方法
在RSSI定位过程中，未知节点根据接收到的信号强度值计算信号的传播损耗，按照相应的传播损耗模型将传播损耗转化为距离，然后再根据三边定位法或者多边极大似然估计法计算未知节点的位置。SpotON项目，微软的RADAR系统都利用了RSSI测距技术。
RADAR是一个基于RSSI测距的室内定位系统，用于确定用户所在楼层的具体位置。它一般使用信号传播经验模型和理论模型两种方法进行未知节点的定位。
基于RSSI的定位受到周围环境的影响很大，定位精度不稳定，尤其是在室外，影响因素会更多，该技术离实际应用还有一段距离。

6．DV-HOP定位方法
DV-HOP（DistanceVector-HOP）定位机制包括3个不同的阶段，首先计算未知节点与每个信标节点的最小跳数，其次计算未知节点与信标节点之间的距离，最后计算未知节点的坐标。
（1）第一阶段：计算未知节点与每个信标节点的最小跳数
这个阶段使用经典的距离矢量交换协议，每个节点维护一个表，其中xi、yi、hi分别代表信标节点的坐标和到该信标节点的跳数。每个信标节点发送一个广播分组，该分组包含自身的位置信息和跳段个数，跳段个数初始化为0。节点收到信标节点的广播分组后检验该分组