無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)

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1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)定位即確定方位、確定某一事物在一定環(huán)境中的位置。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位具有兩層意義：其一是確定自己在系統(tǒng)中的位置；其二是系統(tǒng)確定其目標在系統(tǒng)中的位置。在傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應用中，傳感器節(jié)點的位置信息已經(jīng)成為整個網(wǎng)絡(luò)中必不可少的信息之一，很多應用場合一旦失去了節(jié)點的位置信息，整個網(wǎng)絡(luò)就會變得毫無用處，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)已經(jīng)成了眾多科學家研究的重要課題。2.1基本概念描述在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為了實現(xiàn)定位的需要，隨機播撒的節(jié)點主要有兩種：信標節(jié)點（BeaconNode）和未知節(jié)點（UnknownNo

2、de）。通常將已知自身位置的節(jié)點稱為信標節(jié)點，信標節(jié)點可以通過攜帶GPS定位設(shè)備（或北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞、或預置其位置）等手段獲得自身的精確位置，而其它節(jié)點稱之為未知節(jié)點，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信標節(jié)點只占很少的比例。未知節(jié)點以信標節(jié)點作為參考點，通過信標節(jié)點的位置信息來確定自身位置。傳感器網(wǎng)路的節(jié)點構(gòu)成如圖2-1所示。圖2-1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信標節(jié)點和未知節(jié)點Figure2-1Beaconnodesandunknownnodesofwireles

3、ssensornetwork在圖2-1中，整個傳感器網(wǎng)絡(luò)由4個信標節(jié)點和數(shù)量眾多的未知節(jié)點組成。信標節(jié)點用B來表示，它在整個網(wǎng)絡(luò)中占較少的比例。未知節(jié)點用U來表示，未知節(jié)點通過周圍的信標節(jié)點或已實現(xiàn)自身定位的未知節(jié)點通過一定的算法來實現(xiàn)自身定位。下面是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一些常用術(shù)語：(1)鄰居節(jié)點（NeighborNodes）：無需經(jīng)過其它節(jié)點能夠直接與之進行通信的節(jié)點；(2)跳數(shù)（HopCount）：兩個要實現(xiàn)通信的節(jié)點之間信息轉(zhuǎn)發(fā)所需要的最小跳段總數(shù)；(3)連通度（Connectivity）：一個節(jié)點擁有的鄰居節(jié)點數(shù)目；

4、(4)跳段距離（HopDistance）：兩個節(jié)點間隔之間最小跳段距離的總和；(5)接收信號傳播時間差(TimeDifferenceofArrival，TDOA)：信號傳輸過程中，同時發(fā)出的兩種不同頻率的信號到達同一目的地時由于不同的傳輸速度所造成的時間差；(6)接收信號傳播時間（TimeofArrival，TOA）：信號在兩個不同節(jié)點之間傳播所需要的時間；(7)信號返回時間（Round-tripTimeofFlight，RTOF）：信號從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點后又返回來的時間；(8)到達角度(AngleofArrival

5、，AOA)：節(jié)點自身軸線相對于其接收到的信號之間的角度；(9)接收信號強度指示(ReceivedSigna1StrengthIndicator，RSSI)：無線信號到達傳感器節(jié)點后的強弱值。2.2節(jié)點定位技術(shù)性能評價標準在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)中，不同的定位算法對定位結(jié)果有不同的影響，通常情況下有以下幾個指標來衡量：（1）定位精度（PositionalAccuracy）：定位精度是指空間實體位置信息（通常為坐標）與其真實位置之間的接近程度，它是衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的首要指標，只有達到一定定位精度的定位算法才是真實有效的。定位

6、精度分為絕對精度和相對精度，絕對精度是指誤差的絕對值，以長度為單位表示；相對精度是指誤差值與節(jié)點之間距離的百分比。（1）有效定位范圍（EffectiveRangofOrientation）：定位系統(tǒng)所能定位的有效范圍。在WSN中要滿足大多數(shù)節(jié)點能夠被定位，只有覆蓋大范圍的節(jié)點定位才有意義。（2）節(jié)點密度（NodeDensity）：節(jié)點密度就是指的播撒的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的疏密程度。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點密度對定位的性能影響很大，一般情況下節(jié)點密度越高定位的精度也會越高，反之則會降低節(jié)點的定位精度。在WSN中針對不同的定位算法所需要

7、節(jié)點密度也不相同，另外傳感器節(jié)點的性能和價格也決定了播撒的節(jié)點的密度。（3）信標節(jié)點密度(DensityofBeaconNode)：信標節(jié)點密度是指信標節(jié)點在整個WSN中所占的比例。信標節(jié)點具有自身定位功能，價格較貴，不可能大面積播撒，它節(jié)點的密度決定了定位的精度的高低。（4）容錯性和自適應性（FaultToleranceandAdaptivity）：所謂容錯性是指在故障存在的情況下系統(tǒng)不會失效，仍然能夠正常工作的特性。容錯即是FaultTolerance，確切地說是容故障（Fault），而并非容錯誤（Error）。自適應

8、性可以看作是一個能根據(jù)環(huán)境變化能夠智能調(diào)節(jié)自身特性的反饋控制系統(tǒng)，以使系統(tǒng)能按照一些設(shè)定的標準工作在最優(yōu)狀態(tài)。（5）安全性（Security）：Security指的是指系統(tǒng)對合法用戶的響應及對非法請求的抗拒，以保護自己不受外部影響和攻擊的能力。WSN通常工作在物理環(huán)境較為復雜的區(qū)域，定位系統(tǒng)易受到環(huán)境或