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无线传感定位

/wireless sensor positioning/
条目作者曾庆化

曾庆化

最后更新 2023-06-30
浏览 131
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使用无线传感技术构成无线传感器网络,并且用无线通信方式来确定位置的一种定位方式。

英文名称
wireless sensor positioning
所属学科
控制科学与工程

分为确定无线传感器自身在整个系统中的位置和确定目标在系统中的位置。在无线传感器网络中,网络能够使用自组织的方法来获知关于节点的位置信息。有节点自身定位与目标定位两种。节点自身定位是指获知无线传感器网络中节点的坐标,而目标定位则是指计算无线传感器网络覆盖区域内目标的位置。

无线传感器网络,又称无线感知网络,是由许多在空间中分布的自动装置组成的一种无线通信计算机网络,这些装置使用传感器协作监控不同位置的物理或环境状况,如声音、污染、振动、温差等。无线传感器网络的每个节点,都由以下几部分组成:电池(能源部分)、传感器、微控制器和无线收发器。由于传感器节点有尺寸与复杂度限制,因此节点计算速度与带宽等因素也是受限的。而对于每一个传感器节点的尺寸,可能有一个鞋盒那么大,也有可能小于一粒芝麻。

传感器网络分为三个部分,即感知信息网络、分布数据网络和协调控制中心。它们都是由传感器模块、数据处理模块和通信模块的节点组成。每个节点根据协议先形成一个小型的分布式网络,当采集到的数据经过时,它们将数据优化,最后传到数据处理中心。

对于无线传感器网络,有很多定位算法且各有优劣。在某些环境中,某一种算法可能会比其他算法有优越性,因此要选择适合自身环境需求的算法。定位算法有以下的一些类型。

(1)根据是否需要测定距离来划分

在定位算法中,有的需要测量节点之间的实际距离。根据测量相邻节点之间的绝对距离或方向,并利用计算得到的节点之间的实际距离或方向,从而对未知位置的节点进行定位,其中的接收信号强度(received signal strength; RSS)测距、到达时间(time of arrival; TOA)测距、到达时间差(time difference of arrival; TDOA)测距是几种常见的测距方法。有的不需要测量节点之间的距离,基于非测距定位技术,在获知网络的连通性等信息的情况下便能完成定位计算。

(2)绝对定位与相对定位

绝对定位是指网络中存在已知位置的锚节点,所有节点根据锚节点的位置信息来推算出自身的位置信息。相对定位则是网络中并不存在已知位置信息的参考节点,所有的节点只是确定其到其他节点的距离,是相对位置。

(3)增进式计算、并行式计算、集中式计算和分布式计算

在增进式计算中,定位的实现主要是指从锚节点开始,先实现与它相邻的节点的定位,然后逐渐转至对其外层节点的定位,在这个过程中所有的节点都是很有序地实现定位,呈现出递增的现象。在并行式计算中,在节点定位开始后,所有的节点不存在谁先定位,谁后定位,定位同时进行。集中式计算,优点是可以从全局角度出发更好地规划,从而获得相对精确的定位;缺点是中心节点以及它周围的节点通信开销过大、能耗过快,易造成个别节点过早死亡,从而影响其他节点的定位。分布式计算,可使网络中所有节点同时进行位置计算。例如递增分布式计算通常是从信标节点开始,信标节点周围的节点首先开始定位,依次向外延伸,逐步实现对整个网络的定位。分布式计算的缺点是在定位过程中误差容易被积累和放大。

  • 马飒飒,张磊,夏明飞,等.无线传感器网络概论.北京:人民邮电出版社,2015.

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