无线传感器组网定位技术.ppt

常用的角度定位方法有：已知两个顶点和夹角的射线确定一点，以及已知三点和三个夹角确定一点。 1．已知两个顶点和夹角的射线确定一点 如图所示，测得参考点A(x1,y2)和B(x2,y2)收到的信号夹角分别是α和β，根据 可以计算出待测节点N的位置坐标(x,y)。这是一种参考节点A和B自身在坐标系已经矫正的情形，如果参考点A和B方向没有校正，需要在计算时补偿方向偏差。 基于测距的定位技术——三角定位法 如图所示，已知ABC三点，在测量出角α、角β和角γ后，可以使用三角定位的方法计算出N点的位置N(XN,YN) 。 对于参考点A(x1,y1)、B(x2,y2)和夹角α，根据圆的内接四边形对角互补和弦所对的圆周角等于它所对的圆心角的性质，得到弦AB所对应的圆心角θ=2π－2α。可以由A、B和N确定一个内接圆O的圆心C1（xc1,yc1）和半径rc1，同理由A、C和N三点就可以确定O2(xc2,yc2,rc2)，由B、C和N三点就可以确定O3(xc3,yc3,rc3)。 根据圆O1、O2、O3，再根据如下方程组，就可以确定点N(XN,YN)的坐标。 基于测距的定位技术——三角定位法 在无线传感器网络中，基于测距的定位技术往往具有很大的优势，算法比较简单，实现容易，研究人员一般从几个方面来评判这些定位技术的优劣。 （1）定位精度，即测距误差，为测得的距离与实际距离的差值，一般来说采用超声波的TDOA协议最小，而采用功率衰减来判别距离的RSSI测距误差最大。 （2）覆盖范围。GPS是全球定位系统，一次覆盖范围最好，其次是采用功率衰减的RSSI。而TOA和TDOA定位技术采用超声波短波，传播距离最短，因此覆盖范围最小。 （3）抗干扰能力。当有干扰如电磁干扰，多径干扰等存在时，节点是否能够正常稳定工作成为测距定位技术性能的一个重要指标。 （4）实现成本。 测距定位技术比较 五、无需测距的定位技术 基于非测距的定位算法不需要知道未知节点与参考节点间的距离或角度信息，而通过网络的连通性和跳数来进行定位，相对基于测距的定位算法来说，非测距定位算法需要较高密度的参考节点，因而在参考节点数量不多的情况下定位的精度并不是很高。 常见的非测距定位算法有质心算法、APIT算法、DV-Hop算法等 1．基于连通性的定位 连通性（Connectivity）是指两个节点是否连通。基于连通性的定位可以根据一个节点能否成功解调其他节点传来的数据包作为依据。 如果节点i和节点j连通，则表示节点i能够通过感知、通信等途径，确定节点j在自己周围的一定范围内，但不知道具体的距离和方向。确切地说，节点i和节点j之间的连通性测量Qij，可以依据接收信号强度表示成0或1的二元变量模型，即： 式中，Pij是节点i收到的从节点j发出的信号的强度；Pi是数据包刚好能被解调所需的最小接收信号阈值强度。 无需测距的定位技术分类 2．基于跳数的定位 在无线传感器网络中，节点间最基本的通信方式是洪泛，所以很多节点定位机制都是采用两个节点之间的跳数（Hop）来估计节点之间的距离的。 跳数原理就是对信标节点信息洪泛的过程进行跳数统计，通过统计未知节点与信标节点之间的跳数，然后根据信标节点之间的距离和跳数估算出全网每一跳的平均距离，二者相乘，即可得到两个节点之间的距离。 无需测距的定位技术分类 质心定位是一种粗定位算法，该算法利用网络连通度实现定位。 质心定位算法的定位过程是：全网约定一段时间t为定位时间。在这段时间t内，信标节点每隔时间T向邻居节点广播一个信标信号，信号中包含自身的位置信息。未知节点记录从每个发来信号的信标节点接收到的信标信号数量。 （1）质心定位算法 假设这些坐标分别为（x1，y1）、（x2，y2）、…、（xk，yk），则未知节点的坐标（xest，yest）可用质心公式计算为： （1）质心定位算法 APIT定位算法的理论基础是最佳三角形内点测试法PIT。 PIT理论为判断某一点M是否在三角形ABC内，假如存在一个方向，沿着这个方向M点会同时远离或接近三角形ABC的三个顶点A、B、C，那么点M位于三角形ABC外；否则，点M位于三角形ABC内。 （2） APIT定位算法 在图（a）中,未知节点M通过与邻居节点1交换信息，得知自身如果运动至节点1，将远离信标节点B和C，但会接近信标节点A，与邻居节点2、3、4的通信和判断过程类似，最终确定自身位于三角形ABC中； 而在图（b）中，当节点4可知自身运动至邻居节点2处，将同时远离信标节点A、B、C，故判断自身不在ABC中。 （2） APIT定位算法 （1）收集信息：未知节点收集邻近信标节点的信息，如位置、标识号、接收到的信号强度等，邻居节点之间交换各自接收到的信标节点的信息。 （2）APIT测试：测试未知节点是否在不同的信标节