WLAN與WSN室內定位技術研究

1、WLAN和WSN室內定位技術研究選題研究目錄室內定位演算法研究比較分析室內定位演算法研究比較分析一、概述 根據近年來室內定位的研究成果，本論文針對無線感測器網路和無線局域網相結合的室內定位技術進行研究，以提高定位精度為目的，通過對室內定位信號特點的分析，提出改進的無線感測器網路室內定位演算法。結合RSSI距離損耗模型，進而提高定位精度，降低節(jié)點能耗。為下一步更深入的研究打下良好的基礎。二、選題背景及現實意義二、選題背景及現實意義三、室內定位技術發(fā)展現狀 定位技術的發(fā)展及位置業(yè)務的始於上世紀90年代中期美國聯邦傳播委員會FCC制定的強制性法規(guī)（E-911法規(guī)），明確規(guī)定了提供E-911定位服務將

2、是今後各種蜂窩網路，特別是3G網路必備的基本功能。自此，許多研究人員開始了室內定位技術的研究。三、室內定位技術發(fā)展現狀 超聲波：整體定位精度較高，結構簡單，但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大，同時需要大量的底層硬體設施投資，成本太高。 藍牙：優(yōu)點是設備體積小、易於集成在 PDA、PC以及手機中，且信號傳輸不受視距的影響。其不足在於價格比較昂貴，而且對於複雜空間環(huán)境的穩(wěn)定性稍差，受雜訊信號干擾大。 紅外線：定位精度相對較高，但傳輸距離較短且僅能視距傳播。 射頻識別：標識的體積比較小，造價比較低，且傳輸範圍很大，具有非接觸和非視距等優(yōu)點。但是作用距離近，不具有通信能力，而且不便於整合到其他系統

3、之中。無線定位技術三、室內定位技術發(fā)展現狀 超寬頻：穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統複雜度低、能提供精確定位精度。但需要精準時鐘，造價昂貴。 Wi-Fi:應用於小範圍的室內定位，成本較低,具有很強的通信能力。但容易受到其他信號的干擾，定位器的能耗也較高。 ZigBee:最顯著的特點是它的低功耗和低成本。通信效率非常高，非視距傳輸。易受電磁雜訊干擾。 其中，作為射頻（其中，作為射頻（RF）中的）中的Wi-Fi和和ZigBee技術具技術具有低成本，高精度，適用於室內環(huán)境的優(yōu)勢，現有低成本，高精度，適用於室內環(huán)境的優(yōu)勢，現已成為室內定位的研究熱點。已成為室內定位的研究熱點。三、室內定位

4、技術發(fā)展現狀三、室內定位技術發(fā)展現狀國外現狀 微軟研發(fā)中心的 Radar 原型系統 MIT 的 Cricket 位置支援系統 哈佛大學的 MoteTrack 羅格斯大學的貝葉斯室內定位系統 奧本大學的 ARIADNE國內現狀 浙江大學的 INEMO 系統 香港科技大學的 LANDMARC 系統典型的室內定位系統：四、室內定位演算法研究比較分析感測器節(jié)點的定位演算法根據定位過程中所需資訊的不同可分為兩大類： 基於測距(rangebased)定位方法 非測距(rangefree)定位方法 Range-freeRange-free定位方法無需測量距離或者角度資定位方法無需測量距離或者角度資訊，僅根據

5、網路的連通性等資訊就可以實現節(jié)點訊，僅根據網路的連通性等資訊就可以實現節(jié)點的自身定位。這種方法降低了對接點硬體的要求，的自身定位。這種方法降低了對接點硬體的要求，在成本和功耗方面比在成本和功耗方面比range-basedrange-based方法具有優(yōu)勢。方法具有優(yōu)勢。四、室內定位演算法研究比較分析基於測距的定位演算法中比較常用的有： TOA (time of arrival) TDOA（Time Difference 0f Arrival) RSSI (Received Signal Strength Indication） AOA (Angle of Arrival )RSSI與TOA/A

6、OA相比： 不需添加額外硬體設備進行精確的時間同步和角度測量，能充分利用現有無線網設施，將定位系統的應用範圍擴大到樓群和室內，降低成本。四、室內定位演算法研究比較分析非測距的定位演算法中較為常用的有： 質心算法 DV-hop演算法 Amorphous演算法 APIT演算法 質心定位演算法：最大優(yōu)點是完全基於網路的連通性，實現較為簡單，且計算量較小，但需要較多的信標節(jié)點。 DV-hop演算法：與基於測距演算法具有相似之處，都需要獲得未知節(jié)點到錨節(jié)點的距離，但DV-Hop不需要添加額外的硬體設備來進行精確的時間同步和角度測量，可有效降低成本。 Amorphous演算法：與DV-Hop演算法類似，該

7、演算法有兩個缺點:一是需要預知網路平均連通度;二是需要較高的節(jié)點密度。 APIT演算法：(近似三角形內點測試法)定位演算法的關鍵步驟就是最佳三角形內點測試法。因細分定位區(qū)域和未知節(jié)點必須與錨節(jié)點相鄰的需求，該演算法要求較高的錨節(jié)點密度。 四、室內定位演算法研究比較分析 基於以上幾種演算法的分析可知，質心算法的定位精度差，但其鄰居節(jié)點的數量對其性能沒有太大的影響，實現最簡單，通信開銷最小。而DV-Hop因為線上計算平均每跳距離，所以通信開銷最大，但它在這一點比Amorphous演算法具有更好的健壯性和適應性。四、室內定位演算法研究比較分析論文選題的基本內容1、針對室內特定環(huán)境下無線通道特徵變化，

8、建立室內環(huán)境下的最優(yōu)RSSI距離損耗模型。對室內定位元信號傳播特性進行分析。詳細討論室內信號在距離衰減以及障礙物存在情況下的信號特點和變化情況。2、基於WLAN和WSN定位技術，提出加權質心算法和改進的DV-Hop演算法相結合的室內定位演算法。分析研究室內定位技術的分類方法、評價指標以及典型的定位演算法。以求提高定位精度，降低能耗。3、在無線局域網(WLAN)與無線感測器網(WSN)兩種網路並存這一特定的應用背景下，研究WiFi和ZigBee技術協同的室內定位方法，采用將無線局域網信號接入點(AP)作為無線感測器網路節(jié)點進行融合定位，在無線局域網信號接入點邊緣則進行WLAN定位及WSN輔助定位的室內定位演算法。以求提高資料處理速度和定位精度。4、建立基於WLAN和WSN的室內定位系統。結合在WLAN和WSN網路下室內定位功能的基本需求，提出室內定位系統總體框架，設計模擬實驗平臺，為下一步更深入的研究打下良好的基礎。本論文選題的研究特色和創(chuàng)新之處1、採用基於加權質心算法和改進DV-Hop（對DV-Hop跳數加權及全網信標節(jié)點每跳距離求平均的方法）的室內融合定位演算法，以提高定位精度。整合了質心定位演算法對新標節(jié)點分佈密度和均勻度的要求較