无线传感器网络课件第八章_无线传感器网络定位解析.ppt

基于TDOA测距定位的应用已经不再陌生，前面讲述的Cricket系统就是一个很好的应用，下面重点介绍另一个基于TDOA测距定位的应用—AHLos（Ad-Hoc Localization System）系统。AHLos系统在初始阶段已经通过人工配置或者使用GPS定位技术使一小部分节点成为信标节点，它实现全网未知节点的定位是一个逐步迭代的过程。首先信标节点向周围邻近节点广播自己的位置信息，未知节点通过TDOA方法测得与周围临近节点的距离和接收到的位置信息使用相应的定位算法计算自身的位置，转化成为信标节点并向周围邻近节点广播自己的位置信息，这样依次迭代直到网络中所有未知节点均计算出自己的位置。 5 现有无线传感器网络定位方法 在具体迭代过程中，未知节点会根据周围信标节点的不同分布选择相应的多变定位算法计算自身位置。 （1）原子多边算法（Atomic Multilateration） （2）迭代多边算法（Iterative Multilateration） （3）协作多边算法（Collaborative Multilateration） 总体来讲，AHLos算法在迭代过程中存在误差积累问题，对网络节点密度要求高，不适合大规模无线传感器网络。基于TDOA的测距技术对硬件要求高，具有测距误差小，精度高的优点。 6 现有无线传感器网络定位方法 4．AOA定位算法 基于到达角度的AOA定位算法，未知节点通过天线阵列和多个超声波接收器感知信标节点的发送信号的方向，计算未知节点和信标节点之间的方位角等，再通过角度测量法计算未知节点的位置。每个节点配有两个超声波接收机为例，节点A为未知节点，节点B为信标节点，两个接收机R1和R2之间的距离为L，两个接收机的连线的中垂线为节点A的轴线，x1、x2分别为R1和R2到信标节点的距离，角??为节点B相对于节点A的方位角。当节点A的两个接收机收到节点B的信号后，利用TOA技术测出x1、x2，然后再根据几何关系可以推导出节点B相对于节点A的方位角?。 7 现有无线传感器网络定位方法 8 现有无线传感器网络定位方法 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。 9 现有无线传感器网络定位方法 10 现有无线传感器网络定位方法 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。 11 现有无线传感器网络定位方法 6．DV-HOP定位方法 DV-HOP（Distance Vector-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。 12 现有无线传感器网络定位方法 （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跳段数是否小于本节点表内的存储值，如果是则更新该表，然后跳段数加1并广播该分组，否则丢弃该分组。最终所有的未知节点均能获得到所有信标节点的最小跳数。 13 现有无线传感器网络定位方法 （2）第二阶段：计算未知节点与信标节点的距离 每个信标节点根据自身表中记录的其他信标节点的坐标信息和跳数，按照式（4-12）计算平均跳段距离ci。然后把计算出来的平均跳段距离利用可控洪泛法进行广播，每个节点均接收第一个跳段距离，忽略后来到达的，这样确保了绝大多数节点可从最近的信标节点接收平均跳段距离。最