定位技术

无线传感网络定位技术综述

潘国民 120802016

摘要：首先介绍无线传感网络定位技术额相关术语、评价标准等基本概念及定位算法的分类算法；重点基于测距和非测距两个方面介绍无线传感网络定位方法，并研究若干新型无线传感网络定位方法，主要包括移动锚节点算法、三维定位算法和智能定位算法。从实用性、应用环境、硬件条件、供能安全隐私等方面

出发总结当前无线传感网络定位技术存在的问题并给出可行的

解决方案后，展望未来的研究应用发展趋势。

1、引言

在很多无线传感器网络应用中，没有节点位置信息的监测信息往往毫无意义。当监测到事件发生时，关心的一个重要问题就是该事件发生的位置，如森林火灾监测，天然气管道泄漏监测等。这些事件的发生，首先需要知道的就是自身的地理位置信息。定位信息除了用来报告事件发生的地点外，还可用于目标跟踪、目标轨迹预测、协助路由以及网络拓扑管理等。

常见的定位技术如全球定位系统（globe position system，GPS）是目前应用最广的、最成熟的定位系统，通过卫星的授时和测距来对用户节点进行定位，具有较高的定位精度，实时性较好，抗干扰能量强。但是，使用GPS技术定位只适合于视距通信的场合，即室外无遮挡的环境，用户节点通常能耗高、体积大且成本也较高，还需要固定基础设施等，这不太适合低成本自组织

无线传感器网络。另外，机器人领域采用的定位技术也与无线传感器网络的定位技术不同，尽管二者非常相似，节点都具有自组织和移动特性，但是机器人节点数量少，节点能量充足且携带精确的测距设各，这在一般的能量受限的无线传感器网络中很难满足类似的条件。由于资源和能量受限的无线传感器网络对定位的算法和定位技术都提出了较高的要求。因此，无线传感器网络的定位技术或定位算法通常需要具各以下重要特征：自组织特性，节点可能随机分布或人工部署；能量高效特性，尽量采用低复杂度的定位算法，减少通信开销，延迟网络寿命；分布式计算特性，各个节点都计算自己的位置信息；鲁棒性，可能监测数据有误差，要求定位算法具有良好的容错性；节点位置计算的常用方法。2、定位技术分类：

2.1.GPS定位技术

当GPS接收机在室内工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减到十分微弱的地步，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的，为了得到较高的信号灵敏度，就需要延长在每个码延迟上的停留时间，A-GPS技术为这个问题的解决提供了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码，同时，也有助于实现快速定位。这种室内GPS 定位技术由于需要在手机内集成GPS接收器，决定了它的应用受限性，为此，把具有该功能的手机价格降到人们可以承受的范围内成了室内GPS技术追求的目标之一。

2.2.跟踪定位系统

该系统种类繁多，但都要求所跟踪目标和探测器之间线性可视，这就把它的应用局限到了仅室内的范围且须保证所监测的目标是不透明的。在视频监视系统中，往往采用在被监控的环境中安装多台摄像设备，这些摄像设备可连接到一台或几台视频监控器上，通过视频监控器，对观察对象进行实时动态地监控，有的甚至可以进行必要的数据存储。光定位技术也被应用于机器人系统，通过固定的红外线摄像机和很多红外线发光二极管的一系列协同配合，达到定位的目的。由于其本身的特点，要实现高精度的光定位技术，其配备要求比较复杂。

2.3.超声波定位技术。

2.4.蓝牙技术(Bluetooth)

蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。

2.5.无线定位技术

无线定位技术是一种利用基于WIFI技术的RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）和传感器等设备，实现定位、追踪和监测特定目标的位置。AP将收集的Tag或MU信息发送到AeroScout公司的AeroScout Engine（下面简称为AE），通过AE进行位置计算，然后由AE将计算的位置数据传给图形软件。在图形软件上用户可以通过地图、表格或者报告等多种形式直观的获取物资的位置信息。

无线定位可以应用于医疗监护、资产管理、物流等方面，协助用户高效地完成物资管理和监控。

3、定位的基本方法

（1）三边测量法（trilateration）

如图1所示，已知A、B、C三个节点的坐标分别为（xa，ya）、（xb，yb）、（xc，yc），以及它们到未知节点D的距离分别为da，db，dc，假设节点D的坐标为（x，y），则存在如（6．2）所示公式：

图1 三边测量法示意图

有式（6．2）可以得到节点D的坐标为：

（2）三角测量法（triangulation）

如图2所示，已知A、B、C三个节点的坐标分别为（xa，ya）、（xb，yb）、（xc，yc），节点D相对于节点A、B、C的角度分别为：∠ADB，∠ADC，∠BDC，假设节点D的坐标为（x，y）。对于节点A和C以及∠ADC，如果AC在△ABC内，则唯一能够确定一个圆，设圆心为O1（xo1，yo1），半径为r1，则α＝∠AO1C ＝（2π—2∠ADC），并存在如式（6．4）所示公式：

图2 三角测量法示意图

由式（6.4）就能够确定圆心O1的坐标和半径r1。同理，可以确定相应的圆心和半径。最后根据三边测量法，由点D（x，y），O1（xo1，yo2），O2（xo2，yo2），O3（xo3，yo3）确定D点的坐标。

（3）极大似然估计法