无需测距的定位技术.PPT

无需测距的定位技术 不定型算法本质是DV-Hop算法的增强，引入多参考点进行估计求精的步骤，修正了梯度跳数估计方法和每跳距离估计方法 不定型算法通过平滑修正节点到参考节点的梯度跳数 (利用局部跳数平均值代替跳数) nbrs(i)是节点i的邻居节点集合 hi,hj分别是节点i,j到参考节点的跳数 不定型(Amorphous)算法 无需测距的定位技术 不定型算法采用下面公式修正每跳距离 r 是节点的通信半径 nlocal 是网络平均连通度(网络中节点的平均邻居节点数) 不定型算法属经验模型，实验定位精度高 需要预知网络平均连通度，节点密度高 APIT(Approximate Point-in-Triangulation test)算法 无需测距的定位技术 APIT算法找到若干个由参考节点构成的三角形，需要定位的节点在三角形内，则节点必然在这些三角形的交集中。使用这个交集的重心估计节点位置。 无需测距的定位技术 APIT算法步骤 1)信标交换;2)三角形内点测试;3)交集运算计算三角形的重合区域;4)重心计算求解节点的位置. 从N个参考节点接收位置信标(xi,yi); InsideSet=Φ; //包含本节点的三角形集合 For(所有可直接通信的参考节点(Cn3)){ if(三角形内点(APIT)测试==在三角形内) 添加到InsideSet; if(InsideSet确定的精度符合要求) break;} 节点的估计位置=交集的重心 //计算重心(COG) * * * * 无线传感器网络中节点定位技术 内容提纲 WSN节点定位概述 基于测距的定位技术 无需测距的定位技术 目前问题、典型的定位系统与展望 节点定位概述 什么是WSN定位 通过WSN提供的一种或多种定位方法确定传感器节点自身或目标(事件)的绝对(地理经纬度)或相对(参照物)位置信息。 WSN为什么需要定位 WSN的系统功能和协议需要位置信息(如覆盖范围、基于地理位置的路由等) WSN的应用需要节点位置信息(如导航、跟踪、LBS等) 节点定位概述 WSN定位指标与特点 一般指标：位置精度、覆盖范围和刷新速度 WSN定位特点： 节省资源（功耗、带宽、节点密度） 自组织 扩展性和鲁棒性 WSN定位技术研究 算法精度 误差分析 基于测距(range-based)的定位技术的实现步骤 基于测距的定位技术 测距或测角：直接利用物理测量获得节点间的距离或角度信息 定位估计：利用定位方法获得节点的绝对位置或相对位置 位置校正：利用与邻居节点的连通信息及位置信息修正节点位置(可选) 测量距离和角度的方法 接收信号强度(RSS) 信号传播时间/时间差/往返时间(TOA/TDOA/RTOF) 接收信号相位差(PDOA) 近场电磁测距(NFER) 信号到达角(AOA) 基于测距的定位技术 基于测距的定位技术 接收信号强度(RSS) 通过信号在传播中的衰减来估计节点之间的距离 无线信道的数学模型： d:发射机和接收机之间的距离 d0 :参考距离 n: 信道衰减指数，一般取2-4 Xσ:均值为0，方差为σ的高斯随机噪声变量 PL(d0):距离发射机d0处的信号强度 PL(d):距离发射机d处的信号强度 基于测距的定位技术 到达时间(TOA) 使用发射机到接收机间的单程信号传播时间来计算收发机之间的距离 要求收发机严格同步，信号传播速度慢 T1 接收机 T0 发射机 TOA d = (T1 - T0) x V 基于测距的定位技术 往返传播时间(RTOF) 使用发射机到接收机间的往返时间并扣除处理延时来计算收发机之间的距离 收发机属于不同时钟域，无需时间同步 T2 接收机 T0 发射机 RTOF T3 T1 基于测距的定位技术 到达时间差(TDOA) 使用两种信号到达的时间差和不同的传播速度来计算收发机之间的距离 要求节点能感知不同信号，一般使用超声波和射频 TDOA T3 接收机 T0 发射机 T2 T1 基于测距的定位技术 接收信号相位差(PDOA) 通过测相位差求出信号往返的传播时间来计算往返距离 计算公式 fc :信号频率 λ :信号波长 φ: 发射信号和反射信号的相位差 d的范围是[0, λ]。距离相差λ倍，则测量获得的相位相同。 基于测距的定位技术 近场电磁测距(NFER) 通过近场电场与磁场的相位差来估计到天线的距离 射频信号包括电场和磁场 距离接近发射天线，相位相差900；距离1/2波长，相位接近0 信号到达角(AOA) 利用阵列天线或多个超声波接收器，得到信号到达的多