基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地定位技術(shù)研究綜述

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)研究綜述學(xué)生：沈靜蕾學(xué)號：080304216導(dǎo)師：黃磊前言無線定位技術(shù)(UWB)的原理來源于無線電測距。無線定位技術(shù)作為一種新型的短距離定位技術(shù)，具有適用范圍廣，實時性好，兼具通訊功能等優(yōu)點。在一些應(yīng)用場合，例如森林火警、室內(nèi)導(dǎo)航等具有很好的應(yīng)用前景。但是無線定位目前也存在著精度不高、容易受干擾等缺點。在實際應(yīng)用過程中，一般作為傳統(tǒng)定位方式（如GPS定位）因條件限制無法使用時的替代技術(shù)。近年來傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)研究作為一種有效的解決方案被廣泛的重視。本課題針對目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，著重對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)進行研究，力求在定位算法、軟硬件設(shè)計等方面取得一定的研究成果。主體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)定位技術(shù)具有重要的科研價值和廣泛的應(yīng)用前景，它的出現(xiàn)引起了全世界的廣泛關(guān)注，它的研究歷史并不長，但發(fā)展很快。無線傳感網(wǎng)絡(luò)多年來經(jīng)過不同領(lǐng)域研究人員的演繹，在軍事領(lǐng)域、精細農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測、建筑領(lǐng)域、醫(yī)療監(jiān)護、工業(yè)監(jiān)控、智能交通、物流管理、自由空間探索、智能家居等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了充分的肯定。無線傳感器節(jié)點定位過程中，當(dāng)未知節(jié)點獲得與鄰近參考節(jié)點之間的距離或相對角度信息后，通常使用以下定位算法原理計算未知的位置。1.三邊測量法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，坐標(biāo)系大多是二維空間，因此，只要知道一個未知節(jié)點到3個或3個以上錨節(jié)點的距離就可以確定該未知節(jié)點的坐標(biāo)。在基于測距的定位算法中，三邊測量法是計算坐標(biāo)的基本途徑。如圖1所示。已知A、B、C三個錨節(jié)點的坐標(biāo)分別為（xa,ya）、（xb,yb）、（xc,yc）,且它們到未知節(jié)點D的距離分別為da,db,dc。設(shè)未知節(jié)點D的坐標(biāo)為（x,y）,則可按如下公式（1）計算：(1)化簡得:（2）公式（2）即為D點坐標(biāo)。2.三角測量法如圖2，已知A、B、C三個錨節(jié)點的坐標(biāo)（xa,ya）、（xb,yb）、（xc,yc）和∠ADB，∠ADC，∠BDC,未知節(jié)點D的坐標(biāo)設(shè)為（x，y）。則對于節(jié)點A,C和∠ADC，如果弧段AC在△ABC內(nèi)，那么能夠唯一確定一個圓，設(shè)圓心為O1（xO1,yO1），半徑為r1,那么α=∠AO1C=(2π2∠ADC),則可按以下（3(3)可得圓心O1點的坐標(biāo)和半徑r1。同理，對于A,B,∠ADB和B,C,∠BDC,可分別求的圓心O2、半徑r2和圓心O3、半徑r3。最后利用三邊測量法原理，由已知的O1、O2、O3的坐標(biāo)，求的未知點D的坐標(biāo)。3.極大似然估計法如圖3，已知1、2、3……n個錨節(jié)點的坐標(biāo)分別為（x1,y1）、（x2,y2）、（x3,y3）……(xn,yn),它們到未知節(jié)點D的距離分別為d1,d2,d3……dn。設(shè)D的坐標(biāo)為（x,y）,則：（4）從第一個方程開始分別減去最后一個方程，得：（5）把式（5）用線性方程組表示為AX=b,其中：使用標(biāo)準(zhǔn)最小方差估計方法可得到節(jié)點D的坐標(biāo)為：X?=（ATA）-1ATb。圖1三邊測量法圖2三角測量法圖3極大似然估計法在實際應(yīng)用中，對不同定位算法有不同的評價標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)各方面的需求，一般有如下幾種評價標(biāo)準(zhǔn)：1.定位精度2.錨節(jié)點的密度，錨節(jié)點使用越多，成本越大3.功耗，由于傳感器節(jié)點的能量有限4.規(guī)模，不同定位系統(tǒng)或算法所能達到的規(guī)模不同5.容錯性和適應(yīng)性，實際應(yīng)用場合存在著多種不確定性，這要求定位系統(tǒng)和算法有較強的容錯性和適應(yīng)能力，能自動調(diào)整，減小不確定因素帶來的錯誤和誤差。只有根據(jù)實際情況，在綜合各方面的因素，選用最合適的定位算法才能設(shè)計出符合要求的系統(tǒng)。雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)是當(dāng)今的一個研究熱點，對其也有不少的研究。但其中懸而未決的問題仍然很多。就無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中間件而言，尚處在初始階段，現(xiàn)有工作對通信協(xié)議的支持較多，但對應(yīng)用層面的支持還很弱，許多研究仍停留在算法層面上，所以次課題有著重大的理論和現(xiàn)實意義，有進一步研究的重大意義?？偨Y(jié)根據(jù)以上的論述可知,每種算法都有各自的特點和使用范圍,沒有那一種是絕對最優(yōu)的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)已成功在各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，特別是在未來的軍事領(lǐng)域中。且在現(xiàn)有的各種定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過成熟的無線信息融合及網(wǎng)絡(luò)通信的技術(shù)、理論和方法，來實現(xiàn)既有高精度、魯棒性又具備較強適應(yīng)性的局部區(qū)域范圍內(nèi)的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢。參考文獻[1]張松濤.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位問題研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2010[2].桑霞.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)研究[D].揚州:揚州大學(xué),2009[3]秦建新,路林吉.基于單片機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J].微計算機信息,2008,24(7-1):147-158[4]徐莉.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位跟蹤技術(shù)研究[D].大連:大連理工大學(xué),2009[5]林春.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計及路由策略研究[D].北京:北京化工大學(xué),2009[6]方文森.基于ARM與單片機無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與實現(xiàn).[D]昆明:昆明理工大學(xué)[7]孫利民.無線傳感器網(wǎng)絡(luò).[M]北京:北京清華大學(xué)出版社,2005[8]于洪毅,李歐,張效義,等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)理論、技術(shù)與實現(xiàn)[M]北京：國防工業(yè)出版社，2008[9]李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機基礎(chǔ)[M]北京：北京航