無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)綜述

1、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)摘要當(dāng)代移動(dòng)通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步， 使得我們?cè)谄綍r(shí)的生活中更加依 賴于自動(dòng)化或半自動(dòng)化的設(shè)備。目前無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視， 并且已經(jīng)應(yīng)用在航天、 生態(tài)、救災(zāi)和家居生活等眾多領(lǐng)域。 其中定位技術(shù)在無(wú)線 網(wǎng)領(lǐng)域中有著非常關(guān)鍵的作用， 大多數(shù)情況下沒有坐標(biāo)信息的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)缺 少實(shí)際使用價(jià)值。目前已有較為成熟的無(wú)線傳感網(wǎng)定位技術(shù)可以被分為需要測(cè)距 的定位技術(shù)和與測(cè)距無(wú)關(guān)的定位技術(shù)。 本文首先分別介紹了基于測(cè)距的定位技術(shù) 和無(wú)需測(cè)距定位算法的基本原理， 并在此基礎(chǔ)上研究了常用二維和三維無(wú)線傳感 網(wǎng)定位算法。關(guān)鍵詞： 無(wú)

2、線傳感網(wǎng)絡(luò)定位 二維定位 三維定位AbstractWith the development of mobile communications and wireless networking technology, people have increasingly high demandf or automation equipment. Currently,wireless sensor network technology draws more and more peoples attention,and it has been used in manyf ields,such as aer

3、ospace, military, medical,disaster rescue and medical area. Positioning technology plays a very important role in wireless sensor networks. In most cases, a wireless sensor node without location information is of no value useless. Currently,positioning technology is divided into the localization alg

4、orithm based on ranging and localization algorithm based on non-ranging. Firstly,the paper introduces the basic principles of the localization algorithms based on ranging and non-ranging. On the basis of these,we investigated common two-dimensional and three-dimensional localization algorithm for wi

5、reless sensor networks.KEY WORD：S wireless sensor networks positioning, two-dimensional無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)positioning, three-dimensional positioning1.緒論1.1 引言無(wú)線傳感器網(wǎng)路（ WN）S被譽(yù)為 21世紀(jì)最有影響力的 21 項(xiàng)技術(shù)和改變世界 的 l0 大技術(shù)之一，無(wú)論在民用領(lǐng)域還是軍用領(lǐng)域均有巨大的應(yīng)用前景。無(wú)線傳 感器節(jié)點(diǎn)通常隨機(jī)布放在不同的環(huán)境中執(zhí)行各種監(jiān)測(cè)和跟蹤任務(wù)， 以自組織的方 式相互協(xié)調(diào)工作， 最常見的例子是用飛機(jī)將傳感器節(jié)點(diǎn)布放在指定的區(qū)域中，

6、隨 機(jī)布防的傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)法事先知道自己位置， 傳感器節(jié)點(diǎn)必須能夠?qū)崟r(shí)地進(jìn)行定 位。因此位置信息對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)至關(guān)重要， 事件發(fā)生的位置或獲取信 息的節(jié)點(diǎn)位置是傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)消息中所包含的重要信息，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而 言，在不知道具體位置信息的監(jiān)測(cè)消息往往是毫不意義的。 傳感器節(jié)點(diǎn)必須先明 確自身位置才能夠詳細(xì)說(shuō)明 “在什么區(qū)域或位置發(fā)生了特定事件” ，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外 部目標(biāo)的定位、 追蹤和覆蓋。 因此，確定事件的發(fā)生的位置或獲取信息的節(jié)點(diǎn)位 置是傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一， 對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的有效性起著關(guān)鍵的作用 1。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各研究分支中， 定位技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的支 撐技

7、術(shù)之一。 首先，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用中， 節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)必須與位 置相結(jié)合，離開位置信息，感知數(shù)據(jù)是沒有意義的，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、森 林火災(zāi)監(jiān)控等， 沒有地理位置信息就無(wú)法確定事件發(fā)生何處， 也不能夠采取有效 及時(shí)的處理措施。 其次，使用傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息能夠提高路由效率， 節(jié)約能 耗，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性及實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖耘渲玫取?然而，傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通常比 較大，給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)均安裝 GPS收發(fā)器或者人工配置節(jié)點(diǎn)位置會(huì)受到成本、 能耗、效率等問(wèn)題的限制， 甚至在某些場(chǎng)合可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 因此必須開展適合無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的定位技術(shù)研究。 基于上述原因， 定位技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的

8、理論研究和應(yīng)用中具有重要的意義， 已經(jīng)成為了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一個(gè)研 究熱點(diǎn)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)1.2 無(wú)線傳感網(wǎng)定位技術(shù)概述在定位領(lǐng)域中，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)可以分為兩類：一類是己知自身坐 標(biāo) 的節(jié)點(diǎn)，被稱為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或銷節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)通常是通過(guò) GPS或人工部署的 方式 得到節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的；另一類是位置坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)，被稱為未知節(jié)點(diǎn) （Unknown Node），該 類節(jié)點(diǎn)則是需要我們通過(guò)周圍的描節(jié)點(diǎn)所提供的信息來(lái)估算出自身節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo) 信息。根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)定位過(guò)程中是否需要周圍描節(jié)點(diǎn)提供距離信息， 可以將定位算 法具體分為兩大類：一類是需要測(cè)距的定位算法，即需要錯(cuò)節(jié)點(diǎn)提供與 未知節(jié) 點(diǎn)間的距離信息；另一

9、類是無(wú)需測(cè)距的定位算法， 即不需要錨節(jié)點(diǎn)提供測(cè)距信息， 僅通過(guò)角度或數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過(guò)的跳數(shù)等信息則可以完成定位的算法。一般來(lái)說(shuō)，基于測(cè)距的定位算法利用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法或極大似然估 計(jì)法來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置，常用的測(cè)距技術(shù)有 RSSI，TOA，TDOA和 AOA。RSSI 定位 技術(shù)具有功耗低和硬件成本低的優(yōu)勢(shì)， 但也存在多路徑損耗等問(wèn)題影響從而存在 一定的誤差。 TOA（根據(jù)到達(dá)時(shí)間定位 ） 需要節(jié)點(diǎn)間有較為精確的節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步機(jī) 制，對(duì)于硬件設(shè)備要求比較高， 并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為不均勾的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)更加難于 實(shí)現(xiàn)。 TDOA根據(jù)到達(dá)時(shí)間差定位技術(shù)，需要利用超聲波信號(hào)傳播對(duì)于到達(dá)時(shí)間 的準(zhǔn)確測(cè)量來(lái)定位，

10、 但超聲波距離有限并且有障礙物等環(huán)境問(wèn)題對(duì)超聲波的傳播 有一定的影響； AOA（根據(jù)信號(hào)到達(dá)角度定位技術(shù) ） 受外界環(huán)境干擾嚴(yán)重，并且需 要額外的硬件來(lái)計(jì)算信號(hào)到達(dá)時(shí)的角度。基于測(cè)距的定位算法比較精確，但需要節(jié)點(diǎn)本身通信頻率較高，從而節(jié)點(diǎn)能 耗幵銷較大。 無(wú)需測(cè)距的定位算法則無(wú)需通信頻率較快， 提高了定位能耗， 但是 卻犧牲了一定的定位精度。 雖然定位精度降低了， 但其在實(shí)際應(yīng)用中仍然具有許 多典型案例。目前常用的無(wú)需測(cè)距的定位算法有質(zhì)心算法， DV-Hop 算法， APIT 定位算法。質(zhì)心算法的原理是通過(guò)獲取網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的連通關(guān)系來(lái)佔(zhàn)算連通節(jié)點(diǎn) 問(wèn)的距離，從而進(jìn)一步利用連通節(jié)點(diǎn)組成的兒何圖形

11、質(zhì)心來(lái)估算 H 標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。 DV-Hop算法能夠通過(guò)多跳傳輸獲取到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線覆蓋范圍之外的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的 數(shù)據(jù)，從而獲取到更多的有用信息。 APIT 定位算法是將錯(cuò)節(jié)點(diǎn)的區(qū)域劃分成一 個(gè)個(gè)三角形區(qū)域， 通過(guò)判斷未知節(jié)點(diǎn)位于哪些三角形區(qū)域內(nèi)， 進(jìn)一步縮小定位范 圍。利用描節(jié)點(diǎn)本身的坐標(biāo)即可進(jìn)一步得出目標(biāo)點(diǎn)的位置。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)2.二維定位算法2.1 基于測(cè)距的定位算法目前常用的測(cè)距方式有接收信號(hào)強(qiáng)度、紅外線、超聲波以及 GPS，這四種測(cè) 距方式的性格比較如表 2-1 所示：表 2-1 常用測(cè)距方式的比較測(cè)試方式RSSI紅外線超聲波GPS額外硬件無(wú)有有有硬件成本低低高高測(cè)距誤差03m05m0

12、10cm010m由表 2-1 可以得知，除 RSSI 外的其他三種測(cè)距方法，都需要節(jié)點(diǎn)安裝相應(yīng) 固件，提高了本身的體積和價(jià)格； GPS 技術(shù)有其局限性，更適用于戶外定位，小 范圍的定位并不可靠； 紅外線技術(shù)的測(cè)距精度比較低， 而超聲波的測(cè)距成本較高； 基于 RSSI 的測(cè)距技術(shù)則被廣泛應(yīng)用，并且市場(chǎng)是大多數(shù)節(jié)點(diǎn)本身就可以完成對(duì) RSSI的獲取，易于實(shí)現(xiàn)，因此基于 RSSI的測(cè)距技術(shù)是 WSN 中最常用的技術(shù)。2.1.1 RSSI 定位算法RSSI 定位算法是已知節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，接收節(jié)點(diǎn)測(cè)量接收到的該信號(hào)的 強(qiáng)度，并計(jì)算傳播過(guò)程中的損耗，使用理論或經(jīng)驗(yàn)的信號(hào)傳播衰減模型將傳播 損耗轉(zhuǎn)換為距離，

13、再利用已有的算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置。比較典型的應(yīng)用如 RADAR 、SpotON。雖然在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中 RSSl 定位方法表現(xiàn)出良好的特性。但在 實(shí)際應(yīng)用中，由于反射、多徑傳播、 NLOS 和天線增益等問(wèn)題都會(huì)產(chǎn)生顯著的傳 播損耗和較大的誤差，因此 RSSI 技術(shù)定位誤差較大 1。基于 RSSI 的定位算法利用信號(hào)傳輸過(guò)程中的衰減模型來(lái)計(jì)算錨節(jié)點(diǎn)與未 知節(jié)點(diǎn)之間的距離， 然后利用所測(cè)量的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)未知節(jié)點(diǎn)的定位。 由于傳感器 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自帶 RSSI 指示的功能，定位算法不會(huì)增加硬件消耗，應(yīng)用成本比較 低，因而得到廣泛的應(yīng)用，其算法原理如圖 2.1 所示。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)如圖 2.1 所示，無(wú)線傳

14、感器已知三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置信息， U 表示未知節(jié)點(diǎn)的 真實(shí)位置信息， U表示通過(guò) RSSI 測(cè)量計(jì)算出來(lái)的位置信息。通常情況下，錨節(jié) 點(diǎn)發(fā)送的廣播信號(hào)傳輸?shù)轿粗?jié)點(diǎn)的過(guò)程中， 會(huì)受到環(huán)境和多路徑的影響， 導(dǎo)致 信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生衰減現(xiàn)象， 未知節(jié)點(diǎn)收到的錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)受到一 定的影響。 這種信號(hào)衰減會(huì)存在一定的規(guī)律性， 通過(guò)測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)接收的信號(hào)強(qiáng) 度能夠估算錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的距離。信號(hào)的衰減模型表示如下： dPL(d) PL(d0) 10nl g( )(2-1)d0其中 n 表示環(huán)境因子，它是隨著未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間距離的增加而路徑損耗的 指數(shù)，一般取值范圍為 2-4 之間。本公式

15、的計(jì)算單位為 dB， PL(d)表示距離錨節(jié) 點(diǎn) d 處接收到的信號(hào)的功率； PL(d0)表示一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值， d0 表示一個(gè)參考距離，即 距離為 d0 接收到的信號(hào)功率。 表示與傳播距離無(wú)關(guān)的高斯噪音，通常稱之為 遮蔽因子。 在環(huán)境因子和遮蔽因子已知的前提下， 通過(guò)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)接收功率的測(cè) 量及其兩點(diǎn)之間的距離計(jì)算，其 RSSI 模型如圖 2.2 所示：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)圖 2.2 RSSI 信號(hào)傳輸模型示意圖由于不同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的應(yīng)用環(huán)境的不同， 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo) 監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境因子和干擾因子也不盡相同。 上述提到的 RSSI 測(cè)量中環(huán)境因子 的經(jīng)驗(yàn)值變化范圍多在 2-4 之間，是

16、綜合室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的平均范圍。室 內(nèi)環(huán)境因子的經(jīng)驗(yàn)值在 1.9-2.2 之間。室外環(huán)境因子在 1.4-5.4 之間。環(huán)境因子 的變化與最終未知節(jié)點(diǎn)測(cè)量的功率關(guān)系如圖 2.3 所示：圖 2.3 環(huán)境因子與功率之間的關(guān)系圖無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)2.1.2 基于 TOA 的定位算法基于 TOA 的定位算法是一種利用測(cè)量來(lái)自錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)到達(dá)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行定 位的一種算法。 首先錨節(jié)點(diǎn)將發(fā)送時(shí)間設(shè)置在廣播信號(hào)中， 并發(fā)送廣播信號(hào)， 未 知節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的廣播信號(hào)并確定信號(hào)到達(dá)的時(shí)間， 最終通過(guò)發(fā)送時(shí)間 和接收時(shí)間來(lái)計(jì)算信號(hào)傳播的時(shí)間， 然后在利用信號(hào)傳播速度來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)與 錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，最后利

17、用三邊測(cè)量法來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。 TOA 方法定位精度相對(duì)較高、但是需要錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間保持嚴(yán)格的時(shí)間同步， 這對(duì)于硬件系統(tǒng)的要求比較高，因此對(duì)整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本要求較高4 。其算法原理如圖 2.4 所示：圖 2.4 基于 TOA 的定位算法原理示意圖此外，從二維平面角度來(lái)研究節(jié)點(diǎn)到達(dá)時(shí)間定位算法需要至少在通訊半徑之內(nèi)的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。其原理如圖 2.5 所示：圖 2.5 在二維平面的 TOA 定位原理示意圖無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)其中 r 表示未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離， 而 t 表示信號(hào)從錨節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)的時(shí)間。 C表示無(wú)線信號(hào)在介質(zhì)中的傳播速度， C是常數(shù)。設(shè) A(x1，y1)，B(x

18、2，y2)，C(x3， y3) 為三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)為 P(x，y)。測(cè)量的距離可以表示為 如下：2222222(x2x1)x2(y2y1)yr10r20x1x2y1y22 2 2 2 2 22(x3x2)x2(y3y2)yr20r30x2x3y2y3(2-2)2222222(x3x1)x2(y3y1)yr10r30x1x3y1y3將上三條公切弦屮任意兩條組合求交點(diǎn)，即可得到待測(cè)點(diǎn) P 的估計(jì)坐標(biāo)。2.1.3 基于 TDOA 的定位算法基于 TDOA 的定位算法是一種基于測(cè)量錨節(jié)點(diǎn)到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差來(lái)計(jì) 算未知節(jié)點(diǎn)的位置的定位算法。 在該算法中， 錨節(jié)點(diǎn)首先設(shè)置兩種不同頻率的

19、無(wú) 線信號(hào)，然后同時(shí)廣播出去。 由于這兩種信號(hào)在傳輸過(guò)程中的速度不一樣， 因此 到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的時(shí)間也不相同， 可以根據(jù)這種時(shí)間差來(lái)計(jì)算錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之 間的距離，通過(guò)三邊測(cè)量法來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)信息?；?TDOA 的定 位算法最大的特點(diǎn)是定位的精度高、 誤差小。但同時(shí)監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境對(duì)于信號(hào)傳 輸?shù)挠绊懣赡苡行Фㄎ坏木?。圖 2.6 TDOA 原理圖(一)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)基于 TDOA 的定位算法與 TOA 方法相似，但是該算法有兩種方式進(jìn)行定位 計(jì)算，第一種就是采用發(fā)送兩種無(wú)線信號(hào)， 并利用未知節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行定位， 常用的無(wú)線信號(hào)包括無(wú)線電波和超聲波。 這種方法的最大支出在于

20、需要在節(jié)點(diǎn)中 增加接受兩種信號(hào)的接收裝置， 從而會(huì)增加傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度， 相 應(yīng)的制作成本也會(huì)隨之增加。該算法的原理如圖所示，錨節(jié)點(diǎn) a在 To 時(shí)刻發(fā)送 無(wú)線電波，未知節(jié)點(diǎn) b 在 T1 時(shí)刻接收到 a 發(fā)送的無(wú)線電波。錨節(jié)點(diǎn) a 在 T2 時(shí) 刻發(fā)送超聲波，未知節(jié)點(diǎn) b 在 T3 時(shí)刻接收到 a 發(fā)送的超聲波信號(hào)。通過(guò)錨節(jié)點(diǎn) a 的發(fā)送時(shí)間 To、未知節(jié)點(diǎn) b 接收時(shí)間 T1 、錨節(jié)點(diǎn) a 的發(fā)送時(shí)間 T2 和未知節(jié)點(diǎn) b 接收時(shí)間 T3 以無(wú)線電信號(hào)的傳播速度 VRF和超聲波的傳播速度 V US就可以計(jì) 算出錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的距離。另外一種測(cè)量方式就是測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同的錨節(jié)點(diǎn)

21、發(fā)送過(guò)來(lái)的無(wú)線信號(hào)的時(shí)間 差來(lái)進(jìn)行定位計(jì)算。 與第一種方式最大的不同在于這種方式只需要發(fā)送一種無(wú)線 信號(hào)，對(duì)于硬件成本有所降低。 最大的缺點(diǎn)在于要求錨節(jié)點(diǎn)時(shí)間的同步性。 其原 理如圖 2.7 所示：圖 2.7 TDOA 原理圖（二）圖 2.7中，r12表示錨節(jié)點(diǎn) 1到未知節(jié)點(diǎn)的距離減去錨節(jié)點(diǎn) 2 到未知節(jié)點(diǎn)的距 離。r23 表示錨節(jié)點(diǎn) 2 到未知節(jié)點(diǎn)的距離減去錨節(jié)點(diǎn) 3 到未知節(jié)點(diǎn)的距離。假設(shè) 圖中錨節(jié)點(diǎn) 1、2、3 的坐標(biāo)表示為 A（x 1，y1），B（x2，y2），C（x3，y3），未知節(jié)點(diǎn) 的坐標(biāo) p 表示為 （x，y） 。無(wú)線信號(hào)從未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間分別表示為 t1，無(wú)線傳感網(wǎng)

22、絡(luò)定位技術(shù)t2和 t3 則可以分別計(jì)算出 r12和 r23：r12r1 r2 c t1 c t2r23 r2 r3 c t2 c t32-3)將坐標(biāo) A、B、C、P 坐標(biāo)帶入到（ 2-3）中，得到基于 TDOA 的定位算法中雙 曲線的表達(dá)式（ 2-4）：2-4)r12r1r2ct1ct2(x1x)2(y1y)2(x2x)2(y2y)22 2 2 2 r23r2r3ct2ct3(x2x)(y2y) (x3 x)(y3y)然后利用數(shù)學(xué)計(jì)算方式進(jìn)一步求解，最終求的未知節(jié)點(diǎn) p 的坐標(biāo)2.1.4 基于 AOA 的定位算法基于 AOA 的定位算法是利用未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的角度關(guān)系來(lái)進(jìn)行定位 的一種算法

23、。這種算法依靠天線陣列或者超聲波接收陣來(lái)測(cè)量錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn) 之間的角度， 因此需要傳感器節(jié)點(diǎn)能夠測(cè)量角度的硬件設(shè)施， 相對(duì)于實(shí)施成本而 言比較高。其原理如圖 2.8 所示：圖 2.8 基于 AOA 的定位算法示意圖如圖 2.8所示，A，B 表示兩個(gè)已知的錨節(jié)點(diǎn)， C表示未知節(jié)點(diǎn)。未知節(jié)點(diǎn) C 與錨節(jié)點(diǎn) A、B 之間的形成兩個(gè)夾角。 根據(jù) AB 直線和其測(cè)量出的夾角就可以畫 出 C 點(diǎn)的具體位置， 然后就可以計(jì)算未知節(jié)點(diǎn) C 點(diǎn)的坐標(biāo)。 基于 AOA 的定位算 法最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需要知道兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)就可以計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置。 不過(guò)由于10無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)需要測(cè)量錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的角度，

24、所以需要多個(gè)接收器輔助完成定位。 所 以對(duì)于硬件的消耗也比較高。2.1.5 基于無(wú)線射頻干涉定位算法無(wú)線電干涉測(cè)量方法很早就被用于天文學(xué)等相關(guān)研究，但直到 2005 年， Maroti 等第一次提出了射頻干涉定位系統(tǒng) (Radio Interferometric Positioning System，RIPS) 將信號(hào)干涉方法應(yīng)用到無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)中來(lái) 3 。RIPS 通過(guò)兩個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)射頻率相近的射頻在待定位節(jié)點(diǎn)處得到疊加信 號(hào)。 Maroti 等證明當(dāng)兩個(gè)射頻的頻率相近，它們的疊加信號(hào)的包絡(luò)的頻率可以 被低成本的傳感節(jié)點(diǎn)所測(cè)量到。 由此可以進(jìn)一步得到兩個(gè)接收傳感節(jié)點(diǎn)的相對(duì)相 位偏移為：

25、phase offset 2(d ADdBD )(dBC dAC )carriermo d2()2-5)圖 2.9 無(wú)線射頻干涉測(cè)量從式 2-5 來(lái)看，兩個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的相對(duì)相位偏移只與發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間11無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的距離以及射頻波長(zhǎng)有關(guān)。 發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)射不同波長(zhǎng)的射頻， 可以得到多個(gè)如 式 2-5 的方程。求解它們的聯(lián)立方程，便可以得到待定位傳感節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)之間 的相對(duì)位置。利用 RIP 方法的優(yōu)點(diǎn)在于其不受多徑反射的影響而且并不增加普通傳感節(jié) 點(diǎn)的成本。但使用該方法對(duì)錨節(jié)點(diǎn)之間的同步要求很高。2.2 基于非測(cè)距的定位算法在非測(cè)距算法中，不需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的距離及角度關(guān)系，根據(jù)

26、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的 連通性來(lái)計(jì)算或者估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)的位置信息。 非測(cè)距算法是降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的整體 消耗，提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體性能。常用的非測(cè)距算法包括質(zhì)心定位算法 DV-Hop（distance vector-hop ）算法、凸規(guī)劃定位算法及 APIT （approximate point-in-triangulation test ）定位算法等。2.2.1 質(zhì)心定位算法在質(zhì)心算法中，第一，發(fā)送廣播信號(hào)。在發(fā)送廣播信號(hào)之前，需要設(shè)置錨節(jié) 點(diǎn)信號(hào)的發(fā)射周期，然后將自身的標(biāo)識(shí)號(hào)與所在的位置信息存入廣播數(shù)據(jù)包中， 將數(shù)據(jù)包以設(shè)置的發(fā)射周期發(fā)送出去。 第二， 接收廣播信號(hào)。 未知節(jié)點(diǎn)每接收到 錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的廣播

27、信息就自動(dòng)存儲(chǔ)，并將計(jì)數(shù)器加 1。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)的超過(guò)一定的 時(shí)間閾值，就認(rèn)為接收到所有的廣播數(shù)據(jù)都已經(jīng)收到。第三，質(zhì)心定位。未知節(jié) 點(diǎn)利用收到的全部節(jié)點(diǎn)信息組成 N 邊形，并將未知節(jié)點(diǎn)的位置認(rèn)為是 N 邊形的 質(zhì)心，然后對(duì)取得的全部錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)取平均值，從而得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。(Xi,Yi)(X1 X2XNNY1 Y2YN )N)2-6)其中 （Xi，Yi）表示未知節(jié)點(diǎn)， （X1，Y1）（XN，YN）表示（Xi，Yi）受到的錨節(jié)點(diǎn) 的坐標(biāo)。其算法原理如圖 2.10 所示：12無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)圖 2.10 質(zhì)心定位算法的原理示意圖圖 2.10 表明，質(zhì)心算法的關(guān)鍵在于未知節(jié)點(diǎn)能否接受到全部錨節(jié)點(diǎn)

28、發(fā)送的 廣播信號(hào)， 對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的依賴性特別強(qiáng)。 算法不需要具體錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)之 間的頻繁通信，算法流程相對(duì)簡(jiǎn)單，是非測(cè)距算法中易于實(shí)現(xiàn)的算法。但同時(shí)， 該算法以錨節(jié)點(diǎn)發(fā)射的廣播信號(hào)按照理想的無(wú)線信號(hào)模型進(jìn)行傳播， 對(duì)于目標(biāo)監(jiān) 測(cè)區(qū)域的環(huán)境干擾因素考慮不夠全面， 信號(hào)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下會(huì)在傳播過(guò)程中出現(xiàn)反 射、折射、干擾等現(xiàn)象，無(wú)法按照理想的無(wú)線信號(hào)傳輸模型進(jìn)行傳播。從幾何角 度來(lái)講，錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)量越多， 對(duì)于算法的精度越高， 這樣就增加整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的 成本，而且維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)增加 4 。2.2.2 DV-Hop 定位算法DV-Hop 定位算法的原理是錨節(jié)點(diǎn)向所有的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播信號(hào)，未知 節(jié)點(diǎn)

29、收到錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的廣播信號(hào)后存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)， 最后目標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn) 都接收該廣播信號(hào)。 目標(biāo)檢測(cè)區(qū)域的相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信表示為 1 跳，當(dāng)未知節(jié) 點(diǎn)接收到廣播信號(hào)時(shí)，先計(jì)算錨節(jié)點(diǎn)傳播的最小跳數(shù)，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性， 計(jì)算平均每一跳的距離。 將最小跳數(shù)乘以平均跳距， 得到未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間 的相對(duì)距離。最后通過(guò)極大似然法或者三邊測(cè)量法來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息 4。DV-Hop 的主要原理示意圖如圖 2.11所示：13無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)圖 2.11 DV-Hop 原理示意圖如圖 2.11 所示，節(jié)點(diǎn) L1、L2 和 L3 是已知的錨節(jié)點(diǎn)，并且它們之間的距離 和跳數(shù)也是已知的。根據(jù)已知信息首

30、先計(jì)算出平均節(jié)點(diǎn)的跳距為（35+63）/（2+5）=14M 。假設(shè)未知節(jié)點(diǎn)為 P，L2 的廣播信號(hào)首先傳遞到 P 處，未知節(jié)點(diǎn) P 首先從 L2處獲取最短跳數(shù)，然后在以此從 L1、L3處獲取最短跳數(shù)， 從而計(jì)算未 知節(jié)點(diǎn)與三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離：P 與 L1 之間的距離： d1=2*14=28P 與 L2 之間的距離： d2=2*14=28P 與 L3 之間的距離： d2=4*14=56假設(shè)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為 （X，Y），L1 坐標(biāo)為 （X1，Y1），L2 坐標(biāo)為（X 2，Y2） ，L3 坐標(biāo)為 （X3，Y3） ，那么未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息計(jì)算公式如下所示：22(X1 X)2 (Y1 Y)2 d122

31、(2-7 )(X 2 X)2 (Y2 Y)2 d222(X 3 X)2 (Y3 Y)2 d314無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)2.2.3 凸規(guī)劃定位算法凸集規(guī)劃定位算法首先需要完成整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)互通性， 使得各個(gè)傳 感器節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成幾何約束關(guān)系，從而使得傳感器網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)凸集的幾何圖 形。這樣就將傳感器定位轉(zhuǎn)換為幾何關(guān)系的最優(yōu)解的問(wèn)題。 凸集約束優(yōu)化的方式 是將線性優(yōu)化方式和線性規(guī)劃優(yōu)化方式相結(jié)合， 通過(guò)這樣的結(jié)合得到一個(gè)全局的 優(yōu)化方案，從而實(shí)現(xiàn)未知節(jié)點(diǎn)的定位 4 。其原理如圖 2.12 所示：圖 2.12 凸規(guī)劃定位算法原理示意圖如圖 2.12 所示，算法首先要根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)之間的位置以及錨節(jié)點(diǎn)的

32、與未知節(jié)點(diǎn) P 之間相互通信的范圍來(lái)計(jì)算位置節(jié)點(diǎn)存在的某個(gè)區(qū)域。 如果能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出 這個(gè)區(qū)域，可以將這個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)換為矩形圖形 D，然后計(jì)算該矩形區(qū)域 D 的質(zhì)心 坐標(biāo)并將其轉(zhuǎn)換為未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。幾何約束條件越小那么算法的精度就會(huì)越 高。在算法的使用過(guò)程中， 為了盡可能的使用約束條件， 需要錨節(jié)點(diǎn)盡可能的分 布在整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的邊緣部分。 如果傳感器節(jié)點(diǎn)離開了網(wǎng)絡(luò)中心， 那么就會(huì)增 加算法定位的誤差。2.2.4 APIT 定位算法APIT 定位算法一種類似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試的算法，主要是基于區(qū)域規(guī)劃的傳15無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)感器節(jié)點(diǎn)定位算法。 該算法的原理就是錨節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送廣播信號(hào)， 未知節(jié)點(diǎn)接

33、收 到所有的相鄰的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息， 然后從得到的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)中隨機(jī)選取三個(gè) 組成一個(gè)三角形。利用三角形的幾何關(guān)系來(lái)測(cè)試錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形是否包括未 知節(jié)點(diǎn)，如果不包括則摒棄， 如果包括則存儲(chǔ)三個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息。 如此循環(huán)選 取相鄰錨節(jié)點(diǎn)組成三角形， 直到所有的相鄰的錨節(jié)點(diǎn)都選取完成或者選取的三角 形已經(jīng)達(dá)到了定位的精度則停止。 通過(guò)上述過(guò)程形成一個(gè)多邊形區(qū)域。 將多邊形 的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的位置。其原理如圖 2.13 所示：圖 2.13 APIT 定位算法原理示意圖如圖 2.13 所示，對(duì) APIT 算法主要流程進(jìn)行分析：（1）錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播信號(hào)，所有的未知節(jié)點(diǎn)接受錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)，并存 儲(chǔ)

34、所有的錨節(jié)點(diǎn)位置信息；（2）從存儲(chǔ)的錨節(jié)點(diǎn)信息中隨機(jī)抽取三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成三角形，并判斷未知 節(jié)點(diǎn)是否在三角形內(nèi)部；如果在三角形內(nèi)部，則存儲(chǔ)起來(lái)；（3）將所有的符合條件 （2）的三角形重疊起來(lái)， 計(jì)算重疊區(qū)域的幾何圖形； （ 4）取幾何圖形的質(zhì)心為未知節(jié)點(diǎn)的位置 P，并計(jì)算 P 的坐標(biāo)信息。APIT的算法是一種典型的分布式定位算法， 因?yàn)樵诙ㄎ挥?jì)算中， 都是由每個(gè)16無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部完成。 該算法最大的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了分布式計(jì)算， 節(jié)約了未知節(jié)點(diǎn)計(jì)算 的開支，同時(shí)不受無(wú)線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布的影響， 最大的缺點(diǎn)在于傳感器網(wǎng) 絡(luò)中需要布置大量的錨節(jié)點(diǎn)來(lái)完成定位。2.3 典型算法比較表 2-

35、2 典型算法的比較名稱信標(biāo) 節(jié)點(diǎn)數(shù)鄰居 節(jié)點(diǎn)數(shù)功耗成本外加裝置通道開銷定位精度RSSI影響小影響小低低無(wú)小低TOA影響小影響小較高高有小較高TDOA影響小影響小高高有小高AOA影響小影響小中高有小中RIPS影響小影響小低低無(wú)小低質(zhì)心算法影響較大影響大低低無(wú)中低DV-hop影響較大影響較大低低無(wú)大低凸規(guī)劃影響較大影響大低低無(wú)大低APIT影響大影響較大低低無(wú)中中3.三維定位算法經(jīng)過(guò)前面兩章對(duì) WSN 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的介紹，我們對(duì)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)有了一定 的了解，但其大多數(shù)算法針對(duì)的是針對(duì)二維空間的， 而在實(shí)際應(yīng)用中許多情況都 需要處于三維空間中， 例如部署在高山、 森林中的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)， 懸浮在空氣

36、中用來(lái)檢測(cè)空間不同位置的氣溫、 懸浮顆粒物等情況。 這些應(yīng)用的前提是已知節(jié) 點(diǎn)的三維空間的坐標(biāo)， 所以有必要進(jìn)行三維空間的定位算法的研究。 現(xiàn)如今， 在 國(guó)內(nèi)外無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)定位領(lǐng)域中，仍然缺少一種被公認(rèn)的三維空間定位算法。目前，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的三維定位的需要， 人們提出了許多的三維定位算法， 如 Landscape-3D、Constrained 3-D、 Ou 算法、 APIS 等幾種典型的無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)三維定位算法。17無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)3.1 IRSSI-3D 定位算法與二維定位算法類似， 三維無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中也需要充當(dāng)不同角色的無(wú)線傳 感器節(jié)點(diǎn)， 包括信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、 匯聚節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)

37、。 算法要求信標(biāo)節(jié)點(diǎn)具有可以提 取接收到的數(shù)據(jù)包信號(hào)強(qiáng)度 RSSI 的能力，并且目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行周期性的分布。假 設(shè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)符合理想的信號(hào)傳輸模型， 即在三維空間中是一個(gè)中心福射的 球，并且隨著點(diǎn)到球心距離的增加信號(hào)強(qiáng)度成逐漸衰減的趨勢(shì)。在目標(biāo)區(qū)域 （W ，H，T） 內(nèi)部署描節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)，將錨節(jié)點(diǎn)設(shè)置成向周圍廣 播自身信息，包括自身的 ID ，信號(hào)能量大小，位置信息。首先，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收 到其鄰居信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信號(hào)， 并存儲(chǔ)， 當(dāng)獲取到多個(gè)鄰居信標(biāo)節(jié)點(diǎn)后， 根據(jù) 距離的不同設(shè)置加權(quán)平均數(shù)， 并計(jì)算其對(duì)應(yīng)的衰減系數(shù)。 然后每個(gè)描節(jié)點(diǎn)向位置 節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身坐標(biāo)， 和其所在位置的衰減系數(shù)， 未知節(jié)

38、點(diǎn)則根據(jù)鄰居錨節(jié)點(diǎn)的衰 減系數(shù)和坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算， 從而得出其到各個(gè)鄰居描節(jié)點(diǎn)的距離。 最后，過(guò)濾較遠(yuǎn) 的鄰居節(jié)點(diǎn)， 選擇最近的四個(gè)鄰居鋪節(jié)點(diǎn)， 利用與鄰居節(jié)點(diǎn)的距離， 根據(jù)四面體 定位算法求出未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。算法的具體過(guò)程如下：1. 確定目標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域，部署描節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)。2. 最佳節(jié)點(diǎn)數(shù)量計(jì)算：即根據(jù)所選區(qū)域和節(jié)點(diǎn)通信能力，估算出最佳節(jié)點(diǎn)數(shù) 量。3. 信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)：每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向其他鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，信號(hào)包括自 身坐標(biāo)信息和 ID 信息。4. 鋪節(jié)點(diǎn)處理接收到的信息：接收到其他鋪節(jié)點(diǎn)信號(hào)后，根據(jù)信號(hào)能量大小 和未知信息計(jì)算信號(hào)衰減系數(shù)，當(dāng)有多個(gè)鄰居錨節(jié)點(diǎn)時(shí)，由于根據(jù)距離的不同， 利用加權(quán)平

39、均數(shù)求最后的衰減系數(shù)。5. 鋪節(jié)點(diǎn)向未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身所在位置的衰減系數(shù)，計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)到各個(gè)鄰 居鋪節(jié)點(diǎn)之間的距離。6. 過(guò)濾較遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，選擇最近的四個(gè)鄰居鋪節(jié)點(diǎn)，利用與鄰居節(jié)點(diǎn)的距 離，根據(jù)四面體定位算法求出未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。18無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)3.2 Landscape-3D 算法Landscape-3D算法的核心是采用了 LA ( Location Assistant)設(shè)備每隔一段吋 間就向周圍發(fā)射其坐標(biāo)消息，并且 LA 裝置處予運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過(guò)接收到 LA 裝置的位置信息后， 利用 RSSI測(cè)距技術(shù)獲取與 LA 之間的距離， 從而利用數(shù) 學(xué)模型來(lái)確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖所示。

40、圖 3.1 Landscape-3D 原理圖假設(shè) LA 裝置在三維空間中是運(yùn)動(dòng)的，并且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨時(shí)可以獲取自身 的位置信息。 LA 裝置的位置信息可以是，提前設(shè)計(jì)好的運(yùn)動(dòng)軌跡，或者可以利 用GPS等定位設(shè)備為其定位。 LA 裝置向網(wǎng)絡(luò)中每隔一段時(shí)間就向周圍廣播自身 的坐標(biāo)信息，被定位節(jié)點(diǎn)獲取到該消息后可以提取 RSSI 來(lái)計(jì)算到該節(jié)點(diǎn)的距離 信息。為了提高測(cè)距的精確度， 該算法嘗試用狀態(tài)預(yù)測(cè)和更新迭代的方法， 當(dāng)以 離線方式進(jìn)行處理時(shí)， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先收集距離信息并通過(guò)逐漸地增加觀察信息來(lái) 更新估計(jì)的位置。Landscape-3D 算法的最大優(yōu)點(diǎn)是不依賴與網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的密度和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?結(jié)構(gòu)，

41、減小了通信幵銷。 并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的， 可以獨(dú)立計(jì)算自身的位置坐 標(biāo)，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和規(guī)模無(wú)關(guān)。 其缺點(diǎn)是對(duì) LA 裝置的硬件要求比較高， 因?yàn)檎麄€(gè)算法的前提是 LA 具有較準(zhǔn)確的未知獲取能力， 該裝置直接決定了算法 的精確度。19無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)3.3 Ou 算法Ou 算法類似于 Landscape-3D算法，需要在網(wǎng)絡(luò)中部署有一個(gè)可以周期性的 廣播身位置信息的飛行描節(jié)點(diǎn) (Flying Anchor) 。同樣的該算法需要做如下要求：1. 每個(gè)飛行鋪節(jié)點(diǎn)可以周期性的獲取自身位置，并能夠?qū)⑽恢眯畔V播給被 定位節(jié)點(diǎn)；2. 在網(wǎng)絡(luò)中，飛行鋪節(jié)點(diǎn)的密度足夠，能夠用于未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的獲取

42、；3. 節(jié)點(diǎn)間不互相干擾，相對(duì)獨(dú)立。圖 3.2 Ou 算法原理示意圖如圖所示， S 點(diǎn)為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，虛線代表飛行錨節(jié)點(diǎn)所穿過(guò)的路徑，當(dāng)節(jié)飛行 錨節(jié)點(diǎn)處于 A 和 B 兩點(diǎn)之間時(shí)，目標(biāo)點(diǎn) S 可以收到飛行錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的距離信息。 此時(shí)我們可以獲取到 AS 的距離以及 BS 的距離，同吋可以獲取到 A 和 B 的位置 坐標(biāo)，由此算法可以進(jìn)一步利用幾何模型來(lái)計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn) S 的坐標(biāo)。綜上所述，現(xiàn)有常用的三維空間定位算法，大都在能量消耗、硬件成本和定 位精度上做了折中， 由于三維空間定位中環(huán)境更加復(fù)雜， 現(xiàn)在沒有更加普遍適合 各種環(huán)境的算法出現(xiàn)?，F(xiàn)有算法也對(duì)硬件要求比較高， Landscape-3D算法和

43、 Ou 算法都需耍有特定軌跡的鋪節(jié)點(diǎn)， 這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下， 甚至在實(shí)際應(yīng)用中都 較難于實(shí)現(xiàn)。20無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)4.總結(jié)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型通信技術(shù)，它基于嵌入式設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)分布式 無(wú)線信息的傳輸，被認(rèn)為是 21 世紀(jì)最有價(jià)值的技術(shù)之一。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)廣 泛應(yīng)用于航天、 生態(tài)、救災(zāi)和家居生活等眾多領(lǐng)域， 能彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在許多領(lǐng)域 上的不足或空缺。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為智能系統(tǒng)提供周圍環(huán)境的上下文相關(guān)信息， 在許多情況下， 若節(jié)點(diǎn)本身不能獲取到關(guān)于位置的信息， 則本身已經(jīng)失去了其使 用價(jià)值。本文首先分別介紹了基于測(cè)距的定位技術(shù)和無(wú)需測(cè)距定位算法的基本原理， 并在此基礎(chǔ)上研究了常用二維和

44、三維無(wú)線傳感網(wǎng)定位算法。 本文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中的基本定位原理、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納和介紹 . 目前研究的各類定位 算法都是在綜合權(quán)衡能耗、 成本和精度等因素的基礎(chǔ)上提出來(lái)的 , 其計(jì)算量、 精度等方面也存在較大差別 , 適合的應(yīng)用范圍也各不相同 . 因此 , 無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中定位方法的應(yīng)用需要針對(duì)不同的場(chǎng)合 , 綜合考慮節(jié)點(diǎn)的規(guī)模、 成本及系統(tǒng) 對(duì)定位精度等要求來(lái)設(shè)計(jì)和選擇 . 同時(shí) , 對(duì)于具有分布式、 低復(fù)雜性、 高精度、 通用性等特點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法還有待進(jìn)一步深入研究 .21無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)參考文獻(xiàn)1 程海軍 . 基于 RSSI 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法改進(jìn)研究

45、 D. 重慶理工大學(xué) , 2013.2 楊軍 .無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法綜述 J. 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量 , 2012, 01： 38-41.3 徐學(xué)永.面向應(yīng)用的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位問(wèn)題研究 D.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) , 2011.4 國(guó)海濤. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) D. 北京郵電大學(xué) ,2014.5 汪煬;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究 D. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) ;2007.6 馮硯毫. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究 D. 重慶大學(xué) ,2011.7 Guan Weiguo,Deng Zhongliang,Ge Yuetao,et al.A location fingerprinting algorithm based on RSSI statistic parameters matching estimateJ.Key Engineering Materials,2011(6)： 480- 4818 Heurtefeux K ，Valois F.Is RSSI a good choice for localization in wireless sensor networkC.2012 IEEE 26th Inte