無線感測器的網路定位

2022-05-16 23:16:39 字數 2453 閱讀 5308

首先來說一下無線感測器網路目標定位方式主要分為主動模式、被動模式、基於聲波衰減模型的定位三種

無線感測器網路目標定位方式主要如下:

(1)主動模式

基於距離的定位:測量節點間距離或方位時採用的方法有:到達時間t0a(toa,time of arrive),到達時間差tdoa,到達角度aoa,接收訊號強度指示rssi。目前常選擇rssi來進行跟蹤定位。基於距離的定位方法雖然能夠達到很好的精度,但共同缺點都是需要節點間的嚴格同步,且能量消耗大。

(2)被動模式

與距離無關的定位中,一種方法是對節點到目標間的距離進行估計,然後通過三邊測量法或極大似然估計法進行定位。還有一種方法是將包含目標的區域中心或離目標最近的節點位置作為目標位置。

(3)基於聲波衰減模型的定位

這種方法需要根據經驗測量獲得比較接近實際的模型,因此在定位誤差上有待提高。

無線感測器網路的許多應用要求節點知道自身的位置資訊,才能向使用者提供有用的檢測服務。沒有節點位置資訊的監測資料在很多場合下是沒有意義的。比如,對於森林火災檢測、天然氣管道監測等應用,當有事件發生時,人們關心的乙個首要問題就是事件發生在**,此時如果只知道發生了火災卻不知道火災具體的發生地點,這種監測沒有任何實質的意義,因此節點的位置資訊對於很多場合是至關重要的。

在許多場合下,感測器節點被隨機部署在某個區域,節點事先無法知道自身的位置,因此需要在部署後通過定位技術來獲取自身的位置資訊。目前最常見的定位技術就是gps(global positioning system)了,它能夠通過衛星對節點進行定位,並且能夠達到比較高的精度。因此要想對感測器節點進行定位,最容易想到的方法就是給每個節點配備乙個gps接收器,但是這種方法不適用於感測器網路,主要原因有以下幾點:

1)gps接收器通常能耗高,而對於無線感測器網路中的節點來說,一般能耗很有限,給每個節點配備乙個gps接收器會大大縮短網路壽命;

2)gps接收器成本比較高,給無線感測器網路中的每個節點配備乙個gps接收器,需要投入很大成本,尤其對於大規模的無線感測器網路來說不是很適合;

因此來說,很有必要來研究一下這些演算法,能夠適合無線感測器的網路的技術。

1)節點定位的基本概念;

無線感測器網路中的節點定位是指感測器節點根據網路中少數已知節點的位置資訊,通過一定的定位技術確定網路中其他節點的位置資訊的過程。

在無線感測器網路中節點通常可以分為信標節點(beacon node or anchor node)和未知節點(unknown node),其中信標節點也稱為錨節點或者參考點,未知節點也稱為普通節點。信標節點是位置資訊已知的節點,未知節點是未知資訊未知的節點。信標節點一般所佔比例很小,通常通過手工配置或者配備gps接收器來獲取自身的位置資訊。

2)節點定位的基本思路

節點定位的基本思路主要有兩種:

1.基於測距(range-based):假設在感測器網路中某些節點位置資訊已知,通過某些手段來估算其他節點的位置資訊。在這裡面通常有兩個步驟:

通常測距的方法有4種:

1)基於到達時間(toa)的測距

這種方法是根據已知訊號的傳播速度及訊號在傳送節點和接收節點之間的傳播時間來估算距離,這種方法要求能夠非常精確地獲取傳送節點和接收節點之間的傳播時延,這個是比較困難的,難度很大,不太適合無線感測器網路。

2)基於到達時間差(tdoa)的測距

這種方法中傳送節點同時傳送兩種不同傳播速度的訊號、接收節點根據兩種訊號到達的時間差和他們的傳播速度來計算距離。假若兩種訊號的傳寶速度為v1和v2,到達時間分別為t1和t2,傳送節點到接收節點的距離為d,則有:

t1-t2=d/v1-d/v2

可得d=(t1-t2)v1v2/(v2-v1)

3)基於到達角度(aoa)的測距

這種方法根據接收訊號到達時候與自身軸線的角度來計算,這種方法對硬體成本要求很高,要求配備天線陣列,不太適合無線感測器網路

4)基於接收訊號強度(rss)的測距

訊號在傳播過程中會有衰減,無線訊號的發射功率和接收功率存在某種對映關係,因此可以利用關係這個來估算距離,

通常測距的方法有4種:

1)基於到達時間(toa)的測距

這種方法是根據已知訊號的傳播速度及訊號在傳送節點和接收節點之間的傳播時間來估算距離,這種方法要求能夠非常精確地獲取傳送節點和接收節點之間的傳播時延,這個是比較困難的,難度很大,不太適合無線感測器網路。

2)基於到達時間差(tdoa)的測距

這種方法中傳送節點同時傳送兩種不同傳播速度的訊號、接收節點根據兩種訊號到達的時間差和他們的傳播速度來計算距離。假若兩種訊號的傳寶速度為v1和v2,到達時間分別為t1和t2,傳送節點到接收節點的距離為d,則有:

t1-t2=d/v1-d/v2

可得d=(t1-t2)v1v2/(v2-v1)

3)基於到達角度(aoa)的測距

這種方法根據接收訊號到達時候與自身軸線的角度來計算,這種方法對硬體成本要求很高,要求配備天線陣列,不太適合無線感測器網路

4)基於接收訊號強度(rss)的測距

訊號在傳播過程中會有衰減,無線訊號的發射功率和接收功率存在某種對映關係,因此可以利用關係這個來估算距離,

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