【科普】无线传感网定位技术

周四, 16 十一月 2017 - 09:49

1.        无线传感网定位问题含义？

指网络通过特定方法提供节点位置信息，其定位方式可分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络节点的坐标位置的过程；目标定位是确定网络覆盖区域内一个事件或一个目标的坐标位置。

2.        定位技术的方法及分类？

基于距离的定位算法、与距离无关的定位算法。

分类：①依是否依靠测量距离，分基于测距的定位和不需要测距的定位②依部署的场合不同，分为室内定位和室外定位③依信息收集的方式，网络收集传感器数据用于节点定位被称为被动定位，节点主动发出信息用于定位被称为主动定位。

3.        基于距离的定位方式的测距方法及特点?

答：测距方法：

1)        接收信号强度指示（RSSI）：通过测量发送功率与接收功率，计算传播损耗。利用理论和经验模型，将传播损耗转化为发送器和接收器的距离

2)        到达时间（ToA）：通过测量传输时间来骨断两借点之间的距离，精度较好，但由于无线信号的传输速度快，时间测量上的很小误差就会导致很大的误差值，要求传感器节点有很强的计算能力。

3)        到达时间差（TDoA）：基于TdoA的定位机制中，发射节点同时发射两种传播速度不同的无线信号，接收点根据两种信号到达的时间差以及这两种信号的传播速度计算两个节点之间的距离。

4)        到达角（AoA）：通过特殊天线来估测其他节点发射的无线信号的到达角，硬件要求较高。

节点定位计算方法：①三边测量法②三角测量法③极大似然估计法

4.        与距离无关的定位算法主要有？

答：质心算法：直接求解信标参考节点所构成的多边形的质心

距离向量-跳数（DV-Hop，distance vector-hop）算法：计算未知节点与信标节点的最小跳数；计算未知节点与信标节点的实际跳数距离；利用三边测量法或极大似然估计法计算自身位置

DV-Distance算法：通过节点间使用射频通信来测量出节点间的距离，即利用RSSI来测量节点间的距离。然后再应用三角测量法计算出节点的位置。

近似三角形内点测试法（APIT算法，approximate point-in traingulation test ）：首先确定多个包含未知节点的三角形区域，交集为更小的多边形区域，然后计算多边形的质心，作为未知节点的位置。

5.        简述基于距离的定位和无距离的定位方式的优缺点？

答：基于距离的定位机制通过实际测量节点间的距离或角度，定位精度相对较高，但对节点的硬件有很高要求，定位过程中消耗的能量相对多。       距离无关的定位机制无需实际测量节点间的绝对距离或方位就能够计算未知节点的位置，对节点硬件要求低，使节点成本更适合于大规模的传感网，定位性能受外界环境影响小，定位误差相应较大，但精度能够满足多数传感网使用的要求，是目前关注的定位机制。

6.        RSSI与ToA之间的优缺点

7.        名词解释

信标节点：通过其他方式预先获得位置坐标的节点，也称作锚点

测距：两个相互通信的节点通过测量的方式来估计彼此之间的距离或角度

连接度：包括节点连接度和网络连接度。节点连接度指节点可探测发现的邻居节点个数；网络连接度是所有节点的邻居节点数目的平均值，反映了传感网节点配置的密集程度。

邻居节点：传感网节点通信半径范围以内的所有其他节点，被称为该节点的邻居节点。

接收信号强度指示：（RSSI，receivedsignal srength indication），节点接收到无线信号的强度大小。

到达角：（AoA,angle of arrival）节点接收到的信号相对于自身轴线的角度。

到达时间：（ToA）

到达时间差：（TDoA）

视距：（LoS，line of sight）如果传感网的两个节点之间没有障碍物，能够实现直接通信，称两个节点之间存在视线关系。

非视距：（NLoS，none line ofsight）传感网的两个节点之间存在障碍物，影响了他们直接的无线通信。