无线传感器网络的定位技术
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• 无线传感器网络的定位问题可分为两类
✓ 一类是无线传感器网络对自身传感器节点的定位， ✓ 另一类是无线传感器网络对外部目标的定位，如目标跟踪问
题．
• 本章主要讨论前者，即节点自定位技术
✓ 节点准确地进行自身定位在无线传感器网络的应用中非常重 要.
信号媒介
• 伴随着无线通信技术的发展,定位系统中使用的信号媒 介日益丰富。
由上式可以得到未知节点D( x, y)的具体坐标,结果如下:
x 2(xa xc) 2( ya yc) 1 xa2 xc2 ya2 yc2 dc2 da2
y 2(xb xc) 2(yb yc) xb2 xc2 yb2 yc2 dc2 db2
AOA:
如下图所示,已知A，B，C的坐标为(xa, ya), (xb, yb), (xc, yc),未知节点的坐标为D( x, y)。对于节点A,C和弧ADC,它们 可以唯一的确定一个圆.设圆心的坐标为O1(xo1,xo1),半径为 r1, θ=∠AO1C=(2π-2∠ ADC),其中∠ ADC通过方向性天线或 阵列天线,获取发送节点发射的无线信号的到达方向,计算接收 节点和发送节点之间的相对方位或角度。
• P( d)表示在距离d处的信号强度; np为路径损耗因子; P0是在参考距离d0处的信号强度。
• RSS它不需要增加任何额外的硬件设备.但由于RF信号 由于多径和非视线传播等造成的信号传播模型的复杂 性，所以受环境的影响很大;无法利用RSS来获得节点 间的准确距离,因此算法精度也就不是非常令人满意. 但是相对于其他技术,在多径环境下, RSS信息的获取 要容易很多.所以很多系统运用RSS技术进行定位 ,RADAR,LANDMARC等系统.
信号媒介的特点:
视线关系(LOS)和非视线关系(NLOS):
• LOS( line of sight)和NLOS( not line of sight)是 指无线信号的视线传输和非视线传输
✓ LOS条件下，无线信号无遮挡地在发信端与接收端之间‘直线 ’传播，这要求在第一菲涅尔区(First Fresnel zone)内没 有对无线电波造成遮挡的物体，如果条件不满足，信号强度 就会明显下降。
• O３坐标确定D( x, y)的坐标。
RSS:
• RSS利用信号的衰减原理。信号在空中传播时,信号强 度随着传播距离的增加而规律性衰减。在基于RSS的定 位系统中,已知发送节点的发射信号强度,接收节点根 据接收信号的强度和理论或经验的路径损耗传播模型 计算距离,统计模型如下:
• P( d)=P0-10nplog(d/d0)
✓ NLOS 是指在有障碍物的情况下，无线信号只能通过反射，散 射和衍射方式到达接收端。此时的无线信号通过多种途径被 接收，而多径效应会带来时延不同步、信号衰减、极化改变 、链路不稳定等一系列问题。
节点的定位技术
定位系统 • 通常利用被测信号的TOA (Time of Arrival),TDOA (Time
无线传感器网络的定位 技术
无线网络节点的定位的概述
• 无线网络节点的定位是一种移动定位技术。 • 移动定位技术
– 利用无线移动通信网络，通过对接收到的无线电波的一些参数进 行测量；
– 根据特定的算法对某一移动终端或个人在某一时间所处的地理位 置进行精确测定；
– 为移动终端用户提供相关的位置信息服务； – 或进行实时的监测和跟踪。
Difference of Arrival)和RSS (Received Signal Strength)测定发送节点和接收节点之间的距离； • 利用传播信号的AOA (Angle of Arrival )确定发送节点和 接收节点之间的空间角度关系。
TOA及TDOA:
如下图所示,已知A,B,C 3个节点的坐标分别为(xa,ya), (xb,yb), (xc,yc)。它们到未知节点D(x,y)的距离为da,db,dc. 对于TOA的d=ct, t为收发节点之间的传播时间。 TDOA机制中, 发送节点同时发射两种传播速率不同的无线信号,接收节点根据 两种信号到达的时间差和信号的传播速率。 d=(t1-t2) ×c1c2/(c1-c2). (xa-x)2-(ya-y)2=da2 (xb-x)2-(yb-y)2=db2 (xc-x)2-(yc-y)2=dc2
• 它们满足一下关系: • (xo1-xa)2+(yo1-ya)2=r12 • (xo1-xc)2+(yo1-yc)2=r12 • (xa-xc)2+(ya-yc)2=2r12-2r12cos θ • 由上式可以确定圆心O1的坐标和半径r1。同理可以求出O2的
坐标，半径r2， O３的坐标及半径r３。最后再利用上述TOA的 方法，由O1， O２和
定位技术
• 现如今已有的定位技术大体上可以分为两种
✓ 室外定位技术和室内定位技术。
• 可以将室外定位技术进行一定的划分:
✓ 基于移动网络的定位技术和基于移动终端的定位技术。
• 室内定位技术由于室内环境的复杂，对技术的要求更加 高。
什么是节点定位?
• 节点定位在整个传感器网络中占有重要的地位，在事 件观测、目标跟踪、网络重构等方面都是不可缺少的 环节。
室内定位系统分析
• 所前所述，定位系统在采用技术上的差异对系统的性 能将产生重大的影响。不同系统旨在满足不同的应用 背景和支持不同的服务。普适环境下典型的室内定位 系统根据信号媒介的差异,大致可以分为基于RF、红外 线、超声波、RFID、视觉、UWB等类型。
• 要对无线网络节点的定位进行深入的研究，需要对系 统中使用的信号媒介进行了解。
• 定位系统需要根据覆盖范围、精度、费用、功耗等因 素选择合适的信号媒介。
Baidu Nhomakorabea
信号媒介的种类:
• 定位系统通常使用的信号媒介
✓ RF(Radio-Frequency)、红外线、超声波和光学等,其中RF细 分为WLAN( Wireless Local Area Network)、RFID (Radio Frequency Identification)、蓝牙和UWB( Ultra Wide Band).
✓ 一类是无线传感器网络对自身传感器节点的定位， ✓ 另一类是无线传感器网络对外部目标的定位，如目标跟踪问
题．
• 本章主要讨论前者，即节点自定位技术
✓ 节点准确地进行自身定位在无线传感器网络的应用中非常重 要.
信号媒介
• 伴随着无线通信技术的发展,定位系统中使用的信号媒 介日益丰富。
由上式可以得到未知节点D( x, y)的具体坐标,结果如下:
x 2(xa xc) 2( ya yc) 1 xa2 xc2 ya2 yc2 dc2 da2
y 2(xb xc) 2(yb yc) xb2 xc2 yb2 yc2 dc2 db2
AOA:
如下图所示,已知A，B，C的坐标为(xa, ya), (xb, yb), (xc, yc),未知节点的坐标为D( x, y)。对于节点A,C和弧ADC,它们 可以唯一的确定一个圆.设圆心的坐标为O1(xo1,xo1),半径为 r1, θ=∠AO1C=(2π-2∠ ADC),其中∠ ADC通过方向性天线或 阵列天线,获取发送节点发射的无线信号的到达方向,计算接收 节点和发送节点之间的相对方位或角度。
• P( d)表示在距离d处的信号强度; np为路径损耗因子; P0是在参考距离d0处的信号强度。
• RSS它不需要增加任何额外的硬件设备.但由于RF信号 由于多径和非视线传播等造成的信号传播模型的复杂 性，所以受环境的影响很大;无法利用RSS来获得节点 间的准确距离,因此算法精度也就不是非常令人满意. 但是相对于其他技术,在多径环境下, RSS信息的获取 要容易很多.所以很多系统运用RSS技术进行定位 ,RADAR,LANDMARC等系统.
信号媒介的特点:
视线关系(LOS)和非视线关系(NLOS):
• LOS( line of sight)和NLOS( not line of sight)是 指无线信号的视线传输和非视线传输
✓ LOS条件下，无线信号无遮挡地在发信端与接收端之间‘直线 ’传播，这要求在第一菲涅尔区(First Fresnel zone)内没 有对无线电波造成遮挡的物体，如果条件不满足，信号强度 就会明显下降。
• O３坐标确定D( x, y)的坐标。
RSS:
• RSS利用信号的衰减原理。信号在空中传播时,信号强 度随着传播距离的增加而规律性衰减。在基于RSS的定 位系统中,已知发送节点的发射信号强度,接收节点根 据接收信号的强度和理论或经验的路径损耗传播模型 计算距离,统计模型如下:
• P( d)=P0-10nplog(d/d0)
✓ NLOS 是指在有障碍物的情况下，无线信号只能通过反射，散 射和衍射方式到达接收端。此时的无线信号通过多种途径被 接收，而多径效应会带来时延不同步、信号衰减、极化改变 、链路不稳定等一系列问题。
节点的定位技术
定位系统 • 通常利用被测信号的TOA (Time of Arrival),TDOA (Time
无线传感器网络的定位 技术
无线网络节点的定位的概述
• 无线网络节点的定位是一种移动定位技术。 • 移动定位技术
– 利用无线移动通信网络，通过对接收到的无线电波的一些参数进 行测量；
– 根据特定的算法对某一移动终端或个人在某一时间所处的地理位 置进行精确测定；
– 为移动终端用户提供相关的位置信息服务； – 或进行实时的监测和跟踪。
Difference of Arrival)和RSS (Received Signal Strength)测定发送节点和接收节点之间的距离； • 利用传播信号的AOA (Angle of Arrival )确定发送节点和 接收节点之间的空间角度关系。
TOA及TDOA:
如下图所示,已知A,B,C 3个节点的坐标分别为(xa,ya), (xb,yb), (xc,yc)。它们到未知节点D(x,y)的距离为da,db,dc. 对于TOA的d=ct, t为收发节点之间的传播时间。 TDOA机制中, 发送节点同时发射两种传播速率不同的无线信号,接收节点根据 两种信号到达的时间差和信号的传播速率。 d=(t1-t2) ×c1c2/(c1-c2). (xa-x)2-(ya-y)2=da2 (xb-x)2-(yb-y)2=db2 (xc-x)2-(yc-y)2=dc2
• 它们满足一下关系: • (xo1-xa)2+(yo1-ya)2=r12 • (xo1-xc)2+(yo1-yc)2=r12 • (xa-xc)2+(ya-yc)2=2r12-2r12cos θ • 由上式可以确定圆心O1的坐标和半径r1。同理可以求出O2的
坐标，半径r2， O３的坐标及半径r３。最后再利用上述TOA的 方法，由O1， O２和
定位技术
• 现如今已有的定位技术大体上可以分为两种
✓ 室外定位技术和室内定位技术。
• 可以将室外定位技术进行一定的划分:
✓ 基于移动网络的定位技术和基于移动终端的定位技术。
• 室内定位技术由于室内环境的复杂，对技术的要求更加 高。
什么是节点定位?
• 节点定位在整个传感器网络中占有重要的地位，在事 件观测、目标跟踪、网络重构等方面都是不可缺少的 环节。
室内定位系统分析
• 所前所述，定位系统在采用技术上的差异对系统的性 能将产生重大的影响。不同系统旨在满足不同的应用 背景和支持不同的服务。普适环境下典型的室内定位 系统根据信号媒介的差异,大致可以分为基于RF、红外 线、超声波、RFID、视觉、UWB等类型。
• 要对无线网络节点的定位进行深入的研究，需要对系 统中使用的信号媒介进行了解。
• 定位系统需要根据覆盖范围、精度、费用、功耗等因 素选择合适的信号媒介。
Baidu Nhomakorabea
信号媒介的种类:
• 定位系统通常使用的信号媒介
✓ RF(Radio-Frequency)、红外线、超声波和光学等,其中RF细 分为WLAN( Wireless Local Area Network)、RFID (Radio Frequency Identification)、蓝牙和UWB( Ultra Wide Band).