无线传感器网络定位技术
发布时间:2012/3/30 20:16:31 访问次数:2988
基于无线传感器网络的目标跟2SB1261-Z-T1 踪过程大致包括3个阶段：检测、定位和通告，定位是跟踪的技术基础。时间同步是传统测距的前提条件，也直接影响测距的精度。本章首先介绍无线传感器定位和跟踪技术，然后介绍时间同步相关技术。
定位是无线传感器网络重要的支撑技术，定位就是确定位置。确定位置在实际应用中有两种意义：一种是确定自己在系统中的位置；另一种是确定目标在系统中的位置。无线传感器网络的定位是指自组织的网络通过特定方法提供节点位置信息。这种自组织网络定位分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络中节点为坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖范围内目标的坐标位置。
在传感器网络中，没有统一的最优的定位算法，只有针对特定环境比较适合的定位算法。在特定的环境中，某些算法的某些性能可能会优于其他算法。所以，针对不同的环境会有不同的定算法。在统计和归纳已有的定位算法的基础上，可以按照下面的标准对定位算法进行分类。
1．基于测距的定位和无需测距的定位
根据定位过程中是否需要测量实际节点之间的距离，把定位算法分为基于测距( Range-Based)的定位算法和无需测距(Range-Free)昀定位算法‘u。前者需要测量相邻节点之间的绝对距离或者方位，并利用节点间的实际距离或者方位来计算未知节点的位置，常用的测距技术有RSS（到达信号强度）测量法、TOA（到达时间）测量法、TDOA（到达时间差）测量法等。基于测距的定位技术在使用以上测距技术的基础上再通过各种方法进行改进，如多次测量求平均值、剔除误差太大的数据等方法。由于这些方法需要增加计算复杂度和多余的通信开销，所以基于测距的定位方法虽然在定位精度上有一定可取之处，但是并不适用于低功耗、低成本的领域。
基于无需测距的定位算法无需测量节点之间的绝对距离或方位，而是利用节点间的估计距离计算节点的位置。比较典型的DV-Hop定位、凸规划定位都是基于无需测距的定位算法。基于无需测距的定位算法虽然在精确度方面有待进一步改进，但是具有可扩展性、规模性以及代价小等优点。
2．绝对定位与相对定位
绝对定位的定位结果是一个标准的坐标位置，如经纬度；而相对定位通常是以网络中部分节点为参考，建立整个网络的相对坐标系统。绝对定位可为网络提供唯一的命名空间，受网络变动影响较小，有非常广泛的应用领域。但是在相对定位的基础上同样也能够实现部分路由协议，尤其是基于地理位置的路由。大多数定位系统都可以实现绝对定位，只有部分定位系统和算法能实现相对定位。
3．集中式计算、分布式计算与递增式计算
根据定位的计算方式的不同，可以把定位分为集中式计算和分布式计算。集中式计算是指把所需要的定位信息集中传送到某个中心节点（如汇聚节点），由该节点进行集中计算未知节点的位置。分布式计算是指由节点间进行信息交换，未知节点根据自身获取足够的信息进行自身位置计算的计算方式。集中式计算的优点是可以从全局角度出发更好地进行规划，从而获得相对精确的定位。缺点是集中式计算的中心节点以及它周围的节点通信开销过大、能耗过快，易造成个别节点过早死亡，从而影响其他节点的定位。分布式计算可使网络中所有节点同时进行位置计算。例如递增式分布计算通常是从信标芾点开始，信标节点周围的节点首先开始定位，依次向外延伸，逐步实现整个网络的定位。递增式算法的缺点是在定位过程中误差容易被积累和放大。
定位是无线传感器网络重要的支撑技术，定位就是确定位置。确定位置在实际应用中有两种意义：一种是确定自己在系统中的位置；另一种是确定目标在系统中的位置。无线传感器网络的定位是指自组织的网络通过特定方法提供节点位置信息。这种自组织网络定位分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络中节点为坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖范围内目标的坐标位置。
在传感器网络中，没有统一的最优的定位算法，只有针对特定环境比较适合的定位算法。在特定的环境中，某些算法的某些性能可能会优于其他算法。所以，针对不同的环境会有不同的定算法。在统计和归纳已有的定位算法的基础上，可以按照下面的标准对定位算法进行分类。
1．基于测距的定位和无需测距的定位
根据定位过程中是否需要测量实际节点之间的距离，把定位算法分为基于测距( Range-Based)的定位算法和无需测距(Range-Free)昀定位算法‘u。前者需要测量相邻节点之间的绝对距离或者方位，并利用节点间的实际距离或者方位来计算未知节点的位置，常用的测距技术有RSS（到达信号强度）测量法、TOA（到达时间）测量法、TDOA（到达时间差）测量法等。基于测距的定位技术在使用以上测距技术的基础上再通过各种方法进行改进，如多次测量求平均值、剔除误差太大的数据等方法。由于这些方法需要增加计算复杂度和多余的通信开销，所以基于测距的定位方法虽然在定位精度上有一定可取之处，但是并不适用于低功耗、低成本的领域。
基于无需测距的定位算法无需测量节点之间的绝对距离或方位，而是利用节点间的估计距离计算节点的位置。比较典型的DV-Hop定位、凸规划定位都是基于无需测距的定位算法。基于无需测距的定位算法虽然在精确度方面有待进一步改进，但是具有可扩展性、规模性以及代价小等优点。
2．绝对定位与相对定位
绝对定位的定位结果是一个标准的坐标位置，如经纬度；而相对定位通常是以网络中部分节点为参考，建立整个网络的相对坐标系统。绝对定位可为网络提供唯一的命名空间，受网络变动影响较小，有非常广泛的应用领域。但是在相对定位的基础上同样也能够实现部分路由协议，尤其是基于地理位置的路由。大多数定位系统都可以实现绝对定位，只有部分定位系统和算法能实现相对定位。
3．集中式计算、分布式计算与递增式计算
根据定位的计算方式的不同，可以把定位分为集中式计算和分布式计算。集中式计算是指把所需要的定位信息集中传送到某个中心节点（如汇聚节点），由该节点进行集中计算未知节点的位置。分布式计算是指由节点间进行信息交换，未知节点根据自身获取足够的信息进行自身位置计算的计算方式。集中式计算的优点是可以从全局角度出发更好地进行规划，从而获得相对精确的定位。缺点是集中式计算的中心节点以及它周围的节点通信开销过大、能耗过快，易造成个别节点过早死亡，从而影响其他节点的定位。分布式计算可使网络中所有节点同时进行位置计算。例如递增式分布计算通常是从信标芾点开始，信标节点周围的节点首先开始定位，依次向外延伸，逐步实现整个网络的定位。递增式算法的缺点是在定位过程中误差容易被积累和放大。
基于无线传感器网络的目标跟2SB1261-Z-T1 踪过程大致包括3个阶段：检测、定位和通告，定位是跟踪的技术基础。时间同步是传统测距的前提条件，也直接影响测距的精度。本章首先介绍无线传感器定位和跟踪技术，然后介绍时间同步相关技术。
定位是无线传感器网络重要的支撑技术，定位就是确定位置。确定位置在实际应用中有两种意义：一种是确定自己在系统中的位置；另一种是确定目标在系统中的位置。无线传感器网络的定位是指自组织的网络通过特定方法提供节点位置信息。这种自组织网络定位分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络中节点为坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖范围内目标的坐标位置。
在传感器网络中，没有统一的最优的定位算法，只有针对特定环境比较适合的定位算法。在特定的环境中，某些算法的某些性能可能会优于其他算法。所以，针对不同的环境会有不同的定算法。在统计和归纳已有的定位算法的基础上，可以按照下面的标准对定位算法进行分类。
1．基于测距的定位和无需测距的定位
根据定位过程中是否需要测量实际节点之间的距离，把定位算法分为基于测距( Range-Based)的定位算法和无需测距(Range-Free)昀定位算法‘u。前者需要测量相邻节点之间的绝对距离或者方位，并利用节点间的实际距离或者方位来计算未知节点的位置，常用的测距技术有RSS（到达信号强度）测量法、TOA（到达时间）测量法、TDOA（到达时间差）测量法等。基于测距的定位技术在使用以上测距技术的基础上再通过各种方法进行改进，如多次测量求平均值、剔除误差太大的数据等方法。由于这些方法需要增加计算复杂度和多余的通信开销，所以基于测距的定位方法虽然在定位精度上有一定可取之处，但是并不适用于低功耗、低成本的领域。
基于无需测距的定位算法无需测量节点之间的绝对距离或方位，而是利用节点间的估计距离计算节点的位置。比较典型的DV-Hop定位、凸规划定位都是基于无需测距的定位算法。基于无需测距的定位算法虽然在精确度方面有待进一步改进，但是具有可扩展性、规模性以及代价小等优点。
2．绝对定位与相对定位
绝对定位的定位结果是一个标准的坐标位置，如经纬度；而相对定位通常是以网络中部分节点为参考，建立整个网络的相对坐标系统。绝对定位可为网络提供唯一的命名空间，受网络变动影响较小，有非常广泛的应用领域。但是在相对定位的基础上同样也能够实现部分路由协议，尤其是基于地理位置的路由。大多数定位系统都可以实现绝对定位，只有部分定位系统和算法能实现相对定位。
3．集中式计算、分布式计算与递增式计算
根据定位的计算方式的不同，可以把定位分为集中式计算和分布式计算。集中式计算是指把所需要的定位信息集中传送到某个中心节点（如汇聚节点），由该节点进行集中计算未知节点的位置。分布式计算是指由节点间进行信息交换，未知节点根据自身获取足够的信息进行自身位置计算的计算方式。集中式计算的优点是可以从全局角度出发更好地进行规划，从而获得相对精确的定位。缺点是集中式计算的中心节点以及它周围的节点通信开销过大、能耗过快，易造成个别节点过早死亡，从而影响其他节点的定位。分布式计算可使网络中所有节点同时进行位置计算。例如递增式分布计算通常是从信标芾点开始，信标节点周围的节点首先开始定位，依次向外延伸，逐步实现整个网络的定位。递增式算法的缺点是在定位过程中误差容易被积累和放大。
定位是无线传感器网络重要的支撑技术，定位就是确定位置。确定位置在实际应用中有两种意义：一种是确定自己在系统中的位置；另一种是确定目标在系统中的位置。无线传感器网络的定位是指自组织的网络通过特定方法提供节点位置信息。这种自组织网络定位分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络中节点为坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖范围内目标的坐标位置。
在传感器网络中，没有统一的最优的定位算法，只有针对特定环境比较适合的定位算法。在特定的环境中，某些算法的某些性能可能会优于其他算法。所以，针对不同的环境会有不同的定算法。在统计和归纳已有的定位算法的基础上，可以按照下面的标准对定位算法进行分类。
1．基于测距的定位和无需测距的定位
根据定位过程中是否需要测量实际节点之间的距离，把定位算法分为基于测距( Range-Based)的定位算法和无需测距(Range-Free)昀定位算法‘u。前者需要测量相邻节点之间的绝对距离或者方位，并利用节点间的实际距离或者方位来计算未知节点的位置，常用的测距技术有RSS（到达信号强度）测量法、TOA（到达时间）测量法、TDOA（到达时间差）测量法等。基于测距的定位技术在使用以上测距技术的基础上再通过各种方法进行改进，如多次测量求平均值、剔除误差太大的数据等方法。由于这些方法需要增加计算复杂度和多余的通信开销，所以基于测距的定位方法虽然在定位精度上有一定可取之处，但是并不适用于低功耗、低成本的领域。
基于无需测距的定位算法无需测量节点之间的绝对距离或方位，而是利用节点间的估计距离计算节点的位置。比较典型的DV-Hop定位、凸规划定位都是基于无需测距的定位算法。基于无需测距的定位算法虽然在精确度方面有待进一步改进，但是具有可扩展性、规模性以及代价小等优点。
2．绝对定位与相对定位
绝对定位的定位结果是一个标准的坐标位置，如经纬度；而相对定位通常是以网络中部分节点为参考，建立整个网络的相对坐标系统。绝对定位可为网络提供唯一的命名空间，受网络变动影响较小，有非常广泛的应用领域。但是在相对定位的基础上同样也能够实现部分路由协议，尤其是基于地理位置的路由。大多数定位系统都可以实现绝对定位，只有部分定位系统和算法能实现相对定位。
3．集中式计算、分布式计算与递增式计算
根据定位的计算方式的不同，可以把定位分为集中式计算和分布式计算。集中式计算是指把所需要的定位信息集中传送到某个中心节点（如汇聚节点），由该节点进行集中计算未知节点的位置。分布式计算是指由节点间进行信息交换，未知节点根据自身获取足够的信息进行自身位置计算的计算方式。集中式计算的优点是可以从全局角度出发更好地进行规划，从而获得相对精确的定位。缺点是集中式计算的中心节点以及它周围的节点通信开销过大、能耗过快，易造成个别节点过早死亡，从而影响其他节点的定位。分布式计算可使网络中所有节点同时进行位置计算。例如递增式分布计算通常是从信标芾点开始，信标节点周围的节点首先开始定位，依次向外延伸，逐步实现整个网络的定位。递增式算法的缺点是在定位过程中误差容易被积累和放大。
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