1、無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點定位技術仿真研究WIRELSS SENSOR NETWORK NODE LOCATION TECHNOLOGY SIMULATION畢業(yè)設計論文原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計論文，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過奉獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關

2、于收集、保存、使用畢業(yè)設計論文的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計論文的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽效勞；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡木植炕蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承當。作者簽名： 日期：

3、 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保存、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保存并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或局部內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點定位技術仿真研究摘要無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點定位技術是無線傳感網(wǎng)絡重要的支撐技術之一。節(jié)點位置信息不僅是事件監(jiān)測的前提，也是網(wǎng)絡拓撲自配置、提高路由效率、向觀察者報告所需信息的根底;不知道所獲信息所對應的位置，所

4、獲信息也失去了應有的意義。無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點部署是隨機的，由于受到布設環(huán)境和自身因素的影響，如何最大限度提高節(jié)點定位精度是無線傳感網(wǎng)絡定位研究領域的一個難點。因此，開展節(jié)點定位技術的研究具有重要理論和現(xiàn)實意義。本論文介紹了無線傳感網(wǎng)絡開展歷程和結構模型，分析了無線傳感網(wǎng)絡中的關鍵技術，深入討論了無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點定位技術。著重研究了節(jié)點定位的概念、定位技術分類、定位的根本原理和根本方法，同時對現(xiàn)有的典型定位算法和定位系統(tǒng)進行了分析比擬。論文重點對無線傳感網(wǎng)絡定位技術中的非測距定位DV-hop算法進行了深入研究，詳細分析了其存在誤差的原因。分別在二維和三維環(huán)境下提出了改良的節(jié)點定位算法。(1)為了減

5、小傳統(tǒng)DV-hop算法的定位精度誤差，論文在二維環(huán)境中提出了一種新的DV-hop定位算法。(2)針對新DV-hop定位算法存在覆蓋率較低的問題，提出了一種升級虛擬錨節(jié)點的定位算法。(3)在三維環(huán)境下，提出了一種新的三維節(jié)點定位算法。關鍵詞:節(jié)點定位，DV-hop，錨節(jié)點，平均跳距權值，跳數(shù)權值WIRELSS SENSOR NETWORK NODE LOCATION TECHNOLOGY SIMULATIONABSTRACTThe wireless sensor network node location technology is an important supporting technol

6、ogy for WSN. The node position information of WSN is not only the premise of monitoring events, but also it is the basis of the network topology from the self-configuration, improve routing efficiency and reporting the information required to observers. If we do not know the position information, th

7、e information we are interested will lose its proper meaning. Wireless sensor network nodes are randomly deployed. How to maximize the localization accuracy of localization is a difficult research area in wireless sensor networks for the effect of the layout environment and factors of its own. There

8、fore the research for the wireless sensor network node location technology has important theoretical and practical significance.This paper introduced the development course of wireless sensor network and the architecture model of the wireless sensor network, analyzed the key technology for wireless

9、sensor networks, and thoroughly discussed wireless sensor network node location technology. Focused on the concept of node localization, the location classification, the basic principles and methods of localization, and the criteria of positioning performance evaluation are made a more detailed anal

10、ysis and research, while some typical existing location algorithms and systems are made a brief introduction and comparison. The paper focused on the Range-free positioning algorithm of wireless sensor networks DV-hop in-depth study, and analyzed the reasons for the existence of error in detail. The

11、n, this paper presented the improved localization algorithms in two-dimensional and three-dimensional environment respectively.(1) The paper presented a new DV-hop localization algorithm in the two-dimensional environment to improve localization accuracy error of traditional DV-hop algorithm. (2)For

12、 the novel DV-hop localization algorithm have the problem of low coverage, a location algorithm which upgraded the virtual anchor nodes algorithm was presented. (3)In the three-dimensional environment, the paper presented new three-dimensional localization algorithms.KEYWARDS: node location, DV-hop,

13、 anchor node average hop-distance weight hop weight目錄1緒論211 研究背景目的及意義2111 研究背景2112 研究意義212 國內(nèi)外研究應用現(xiàn)狀與開展趨勢31.2.1 國內(nèi)外研究應用現(xiàn)狀31.2.2 開展趨勢41.3 論文研究思路及章節(jié)結構42無線傳感網(wǎng)絡的組成結構及其關鍵技術62.1 無線傳感網(wǎng)絡體系結構62.2 無線傳感網(wǎng)絡的關鍵技術92.3 無線傳感網(wǎng)絡的應用113無線傳感網(wǎng)絡定位根本原理133.1 無線傳感網(wǎng)絡定位技術概述133.1.1 無線傳感網(wǎng)絡定位的概念133.1.2 無線傳感網(wǎng)絡定位技術有關術語143.1.3 無線傳感網(wǎng)絡

14、定位技術特點143.1.4 無線傳感網(wǎng)絡定位技術相關應用153.2 無線傳感網(wǎng)絡定位根本方法163.2.1 根本原理163.2.2 節(jié)點間距離的測量方法173.2.3 目標位置計算方法203.3 無線傳感網(wǎng)絡典型定位算法和定位系統(tǒng)233.3.1 幾種典型的定位算法2334 本章小結284DV-hop算法研究2941 引言294.2 傳統(tǒng)DV-hop算法294.3 傳統(tǒng)DV-hop算法誤差分析304.4 新的DV-hop算法的設計及其實現(xiàn)334.4.1 跳數(shù)計算334.4.2 節(jié)點距離的計算334.4.3 錨節(jié)點組的選定和位置估計354.5 本章小結365三維節(jié)點定位方法375.1 引言375.

15、2 三維節(jié)點定位的必要性375.3 幾種典型三維節(jié)點定位算法375.3.1 傳統(tǒng)質心算法375.3.2 一種新的質心算法395.3.3 Landscape-3D算法415.3.4 APIS算法425.4 新三維節(jié)點定位算法的設計及其實現(xiàn)435.4.1 跳數(shù)計算435.4.2 距離計算435.4.3 位置估計435.4.4 新三維定位算法的執(zhí)行465.4.5 仿真實驗4648全文總結49參考文獻50致謝511緒論11 研究背景目的及意義111 研究背景隨著無線技術的快速開展和日趨成熟，無線通信也開展到一定的階段，其開展的技術越來越成熟，方向也越來越多，越來越重要，大量的應用方案開始采用無線技術進

16、行數(shù)據(jù)采集和通信。 微機電系統(tǒng)和低功耗高集成數(shù)字設備的開展，使得低本錢、低功耗、小體積的傳感器節(jié)點得以實現(xiàn)。這樣的節(jié)點配合各類型的傳感器，可組成無線傳感器網(wǎng)絡WSN。無線傳感網(wǎng)絡是一種開創(chuàng)了新的應用領域的新興概念和技術。廣泛應用于戰(zhàn)場監(jiān)視、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測和大區(qū)域內(nèi)的目標追蹤等領域。傳感技術、傳感網(wǎng)絡已經(jīng)被認定為最重要的研究之一。因為無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點一般采用電池供電，工作環(huán)境通常比擬惡劣，而且數(shù)量大、更換非常困難，所以低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡最重要的設計準那么之一，因此，它迫切需要對傳統(tǒng)的嵌入式應用開發(fā)進行更新和改良，需要精心設計的軟硬件系統(tǒng)，以使其可靠而耐用。2003年,美國?技術評論?雜志論

17、述未來新興十大技術時,WSN被列為第一;美國?今日防務?雜志更認為WSN的應用和開展將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰(zhàn)爭的變革?？梢灶A測,WSN是信息感知和采集的一場革命,是21世紀最重要的技術之一。低功耗無線傳感模塊，便是組成無線傳感網(wǎng)絡的節(jié)點。此方面的研究由來已久，是計算機應用的擴展，采用了大規(guī)模集成電路和嵌入式技術，使用智能微處理器對采集到的信息進行處理和加工?，F(xiàn)已廣泛應用于社會建設的各個層面和人們的日常生活當中。但過去的研究有的只考慮低功耗而性能不高， 有的性能高但是功耗太大。因此，在無線傳感技術應用如此廣泛的今天，在保證無線傳感模塊性能的同時又能實現(xiàn)其低功耗具有一定的理論和現(xiàn)實意

18、義。112 研究意義無線傳感網(wǎng)絡是一種開創(chuàng)了新應用領域的新興概念和技術。當前，傳感技術、傳感網(wǎng)絡已經(jīng)被認定為最重要的研究之一。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網(wǎng)絡可靠性的重要保障。低功耗無線傳感模塊研究具有極其重要的學習和研究價值，其功能的實現(xiàn)具有極其重要的理論和現(xiàn)實意義。首先，現(xiàn)有的眾多研究中，將性能和低功耗相結合的較少，有的只考慮低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。本文綜合了性能和低功耗的共同需求，經(jīng)過深入的分析和對芯片的數(shù)據(jù)比擬，提出了低功耗無線傳感模塊的硬件設計思路。其次，增加無線傳感模塊的應用。無線傳感模塊應用已非常廣泛，除去組成無線傳感網(wǎng)絡的應用外，無線傳感技術還廣泛的應用

19、于環(huán)境監(jiān)測，如車間溫濕度、壓力等；短距無線通信等。實現(xiàn)了無線傳感模塊的低功耗，其對電能的需求就會更小，應用的范圍將會進一步的擴大。12 國內(nèi)外研究應用現(xiàn)狀與開展趨勢121 國內(nèi)外研究應用現(xiàn)狀無線傳感模塊是新興的下一代無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點，它是組成無線傳感網(wǎng)絡的根本局部。最早的代表性論述出現(xiàn)在二十世紀九十年代末，題為“傳感器走向無線時代。傳感技術的開展經(jīng)歷了一般傳感器、智能傳感器、無線傳感器等幾個階段。一般傳感器，是最早產(chǎn)生的傳感器，只能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；智能傳感器那么是在一般傳感器的根底上將處理計算能力與傳感器相結合，使得傳感模塊不但能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)等信息采集，還能對所采集到的信息進行一定程度的計算和處理

20、；無線傳感器那么是在智能傳感器的根底上再集成無線功能模塊，使得傳感器不再是單獨的感知模塊，而是一個能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理，信息交換和控制的有機整體。為了實現(xiàn)隨時隨地與任何人或任何設備的互聯(lián)互通，無線通信技術獲得了蓬勃開展。在正交頻分復用(OFDM)和多入多出(MIMO)等根底技術支持下，多種無線技術如藍牙、Wi-Fi、WIMAX、超寬帶和無線局域網(wǎng)獲得了長足開展。作為蓬勃開展的無線技術，近幾年正是其大變革時期。隨著幾種重要根底技術的推廣和實際應用，無線通信的速度也將得到大大提高。無線傳感模塊屬于無線技術中較為底層的一個分支，由于越來越多的應用方案開始采用無線節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集和通信。綜合了傳感器

21、技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等的無線傳感網(wǎng)絡,是當前的熱點研究領域。而無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網(wǎng)絡可靠性的重要保障，因此無線傳感模塊的設計，傳感技術、傳感網(wǎng)絡已經(jīng)被認定為最重要的研究之一。當前國內(nèi)外出現(xiàn)了多種無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的硬件平臺。典型的節(jié)點包括Mica 系列、Telos 、IRIS 和Imote2 等。各平臺的主要區(qū)別是采用了不同的處理器和無線通信模塊。有些節(jié)點具有高性能但功耗較大，如Imote2 節(jié)點，不適用于能量受限的應用環(huán)境。其他一些節(jié)點，如Telos 、Mica 等， 由于設計時間較早，其性能已經(jīng)落后于當今的集成電路工業(yè)設計水平。因為

22、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點一般采用電池供電，工作環(huán)境通常比擬惡劣，而且數(shù)量大，更換非常困難，所以低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡最重要的設計準那么之一。IT P美國再生能源辦公室工業(yè)技術方案 在2002年發(fā)布的報告“21世紀工業(yè)無線技術第一頁中引用了總統(tǒng)科技參謀的斷言：無線傳感器可將能源利用率提高10%，將能源損耗減少25%。后來的研究，如Intel ( r) Mote 的研究工程那么注重了三個方面的要求，包括低功耗操作、系統(tǒng)級集成和硬件的重新配置，希望做到平衡功耗與性能的矛盾，但目標的實現(xiàn)還需要一定的努力。MIT 開展的模塊化平臺對于具體的傳感器有不同的硬件設計，他們的傳感器的主要功能是數(shù)據(jù)收集，采用垂直連接

23、器來使不同的處理層整合到一起，其目的是為了設計一個通用的系統(tǒng)來取代單一的硬件系統(tǒng)。隨著電子技術、計算機技術以及集成技術的不斷開展，傳感技術也會得到不斷的開展和完善。并且會有更多的結構新、功能強、耗能低的傳感器用運于各種實際的無線網(wǎng)絡當中，以高的精確度和良好的穩(wěn)定性效勞于更加廣泛的領域。122 開展趨勢正是由于低功耗無線傳感節(jié)點在如此廣范圍內(nèi)的應用，使得它受到了來自軍事、工業(yè)和商業(yè)以及學術專家的極大關注。其開展方向必然是無線通信的網(wǎng)絡化，即通過自組網(wǎng)的方式形成動態(tài)、自適應的無線傳感網(wǎng)絡。而無線傳感網(wǎng)絡WSN是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感

24、器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等。我國迫切需要提升對此的認識程度，并盡快推動其開展。因此，以無線傳感模塊為根底，實現(xiàn)傳感網(wǎng)絡的無線互聯(lián)將是一個必然的趨勢。另外由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網(wǎng)絡可靠性的重要保障。在不同的應用中，傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的組成不盡相同。已有的節(jié)點， 有的只考慮低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。因此，無線傳感模塊的開展必然是趨向與低功耗的。即在保證所需要實現(xiàn)功能的根底上，盡量的實現(xiàn)整個模塊的低功耗，甚至在不影響整體性能的情況下適當減少局部功能來實現(xiàn)降低功耗的目的。除開以上所講兩種開展趨勢之外，無線傳感模塊的應用和開展還具有極

25、大的開展空間和良好的開展方向。當前對無線傳感模塊的應用都是靜止性的，就目前存在的無線傳感網(wǎng)絡WSN，構成網(wǎng)絡的各個節(jié)點都是被固定的安放在一個地方，要實現(xiàn)對整個環(huán)境的檢測，就需要向環(huán)境中投放大量的無線傳感節(jié)點。這樣一來本錢就會非常的高。假設實現(xiàn)無線傳感模塊對信息的移動式采集，那么在同一個環(huán)境內(nèi)投放更少的節(jié)點，就能實現(xiàn)對環(huán)境的全面檢測。正是由于當前能耗對無線傳感模塊的影響，低功耗研究才上升為一個熱點領域，不管是使用電源或者電池供電，在實現(xiàn)低功耗后，無線傳感模塊的開展趨勢必然是自生能源式的。利用太陽能、振動能量、地熱、風能等實現(xiàn)無線傳感模塊的電能供給對于全面提高無線傳感模塊的能力將會起到巨大的作用。

26、最后，基于能力存儲技術的開展，電池的容量越來越大，再加上低功耗的實現(xiàn)，無線傳感模塊的適用壽命不斷增加將會成為一個絕對趨勢。未來的無線傳感模塊必將是集穩(wěn)定性與平安性、擴展性與靈活性、微型化與低本錢等特點為一體的。13 論文研究思路及章節(jié)結構 本論文在綜合分析大量無線傳感網(wǎng)絡定位技術文獻和歸納整理前人研究成果的根底上，分別在二維平面和三維空間中提出了新的定位算法。論文各章節(jié)的具體安排如下:第一章主要介紹無線傳感網(wǎng)絡定位技術的研究背景、研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及論文研究內(nèi)容和組織結構。第二章主要對無線傳感網(wǎng)絡進行全面的分析討論，詳細的分析無線傳感網(wǎng)絡的概念、體系結構和傳感器節(jié)點的結構，討論了無線傳

27、感網(wǎng)絡的特點和優(yōu)勢，深入研究無線傳感網(wǎng)絡的關鍵技術，無線傳感網(wǎng)絡的應用領域進行詳細的介紹。第三章主要研究了無線傳感網(wǎng)絡定位的根本原理，深入分析討論了定位的概念、定位的根本計算方法和定位技術的性能評價標準，同時詳細介紹了目前存在的典型定位算法及其性能。第四章主要研究了DV-hop定位算法，在此根底上提出了改良的定位算法并對該算法進行了仿真驗證，給出了仿真驗證結果。第五章主要對三維節(jié)點定位算法進行了深入研究，同時給出一種新的三維節(jié)點定位算法，并對該算法在MALAB中進行仿真驗證，給出了仿真驗證結果。最后一章主要是對全文工作的總結，并指出下一步的主要工作。2無線傳感網(wǎng)絡的組成結構及其關鍵技術本章對無

28、線傳感網(wǎng)絡作了全面地介紹。首先從無線傳感網(wǎng)絡的概念和開展歷程入手對無線傳感網(wǎng)絡做了簡要介紹，接著對網(wǎng)絡的體系結構、網(wǎng)絡協(xié)議棧和傳感器節(jié)點的結構作了較詳細的論述，然后分析了無線傳感網(wǎng)絡的特點和優(yōu)勢;接著對無線傳感網(wǎng)絡的關鍵技術和應用領域進行了較詳細的說明和介紹。21 無線傳感網(wǎng)絡體系結構 1無線傳感網(wǎng)絡信息傳播模型無線傳感網(wǎng)絡實際上是一個由大量低本錢、低功耗、多功能、小尺寸的傳感器節(jié)點組成的ad-hoc網(wǎng)絡。無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(sensor node,會聚節(jié)點(sink node)和管理節(jié)點，一種典型的無線傳感網(wǎng)絡體系結構圖如圖2.1所示，大量傳感器節(jié)點被隨機地部署在監(jiān)測區(qū)域(s

29、ensor field)內(nèi)部或附近，通過自組織方式構成網(wǎng)絡。傳感器節(jié)點監(jiān)測到感興趣的數(shù)據(jù)后沿著其它傳感器節(jié)點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳后路由到會聚節(jié)點，通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。 無線傳感網(wǎng)絡體系結構圖2無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點組成網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，具有相對較弱的通信能力、存儲能力和處理能力，并且能量有限。從整個網(wǎng)絡看，傳感器節(jié)點兼顧了路由器和網(wǎng)絡節(jié)點終端雙重功能，除了進行數(shù)據(jù)處理和收集本地信息外，還要對其它節(jié)點傳送過來的信息進行處理，同時與其它網(wǎng)絡節(jié)點協(xié)作共

30、同完成一些特定任務。會聚節(jié)點可以是一個具有更強功能的傳感器節(jié)點，也可以是一個不具有監(jiān)測功能的僅具有無線通信功能的特殊網(wǎng)關，它負責傳感器網(wǎng)絡外部網(wǎng)絡的連接。在不同的應用場合，傳感器節(jié)點的組成也有較大差異，但一般都包括以下四局部;數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器和A/D轉換器)、無線通信模塊(無線收發(fā)設備)、電源模塊(電池和能量轉換器)，處理器模塊(微處理器和存儲器)。如圖2.2所示為一種典型傳感器節(jié)點體系結構圖。數(shù)據(jù)采集模塊主要負責監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)的轉換;無線通信模塊主要負責與其它傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù);電源模塊主要負責傳感器節(jié)點運行所需的能量，通常采用能量有限的微型電

31、池;處理器模塊主要負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理所采集的數(shù)據(jù)及其它節(jié)點傳送過來的數(shù)據(jù)。 一種典型傳感器節(jié)點體系結構圖3無線傳感網(wǎng)絡協(xié)議組成結構無線傳感器網(wǎng)絡的通信協(xié)議棧包括應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。如下圖。應用層采用不用的軟件，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡不同的應用目的；傳輸層實現(xiàn)過失控制和流量控制等功能；網(wǎng)絡層主要負責將傳輸層所提供的數(shù)據(jù)路由至會聚節(jié)點；數(shù)據(jù)鏈路層主要負責節(jié)點接入，降低節(jié)點間的傳輸沖突；物理層進行比特流的傳輸。另外協(xié)議棧還包括能量管理平臺、移動管理平臺和任務管理平臺。能量管理平臺管理傳感器節(jié)點如何使用能量，在各個協(xié)議層都需要考慮節(jié)省能量：移動管理平臺檢測并注冊傳

32、感器節(jié)點的移動，維護到會聚節(jié)點的路由，使得傳感器節(jié)點能夠動態(tài)跟蹤其鄰居的位置；任務管理平臺平衡和調度給定區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測任務。IEEES02154標準目前無線傳感器網(wǎng)絡的通信協(xié)議并沒有統(tǒng)一的標準。IEEE802154標準是針對低速無線個人域網(wǎng)絡(Personal AreaNetwork,PAN)的無線通信標準，把低功耗、低本錢作為設計的主要目標，旨在為個人或者家庭范圍內(nèi)不同設備之間低速聯(lián)網(wǎng)提供統(tǒng)一標準。由于IEEE802154標準的網(wǎng)絡特征與無線傳感器網(wǎng)絡存在相似之處，很多研究機構把它作為無線傳感器網(wǎng)絡的通信標準。在符合IEEES02154標準的網(wǎng)絡中，根據(jù)設備所具有的通信功能，可以分為全功能設備

33、(Full Function Device，F(xiàn)FD)和精簡功能設備(Reduced Function Device，RFD)。FFD具有IEEES02154協(xié)議規(guī)定的所有功能，RFD只具有局部功能。FFD之間、FFD與RFD之間可以直接通信，RFD之間不能直接通信，需要通過一個FFD轉發(fā)。這個與RFD相關聯(lián)的FFD稱為該RFD的協(xié)調器(coordinator)。在IEEES02154網(wǎng)絡中，存在一個PAN網(wǎng)絡協(xié)調器(PANcoordinator)。除了直接參與應用，PAN網(wǎng)絡協(xié)調器還負責成員身份管理，鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉發(fā)等任務。IEEES02154網(wǎng)絡可以根據(jù)需要組成星型網(wǎng)絡、點對點網(wǎng)

34、絡，如圖1-4所示。如果將星型網(wǎng)絡和點對點網(wǎng)絡結合在一起，可以組成簇一樹網(wǎng)絡，如下圖。圖中的CID(ClusterIdentifier)為簇的標識，CLH(Cluster Head)為簇頭。IEEE802154的網(wǎng)絡協(xié)議棧基于開放系統(tǒng)互聯(lián)模型(Open System Interconnect,OSl)，其中IEEES02154標準只定義了PHY層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層，如下圖。IEEES02154網(wǎng)絡可以根據(jù)需要組成星型網(wǎng)絡、點對點網(wǎng)絡圖2.5 IEEES02154協(xié)議層次圖IEEE802154的物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)效勞和物理層管理效勞。物理層數(shù)據(jù)效

35、勞包括：激活和關閉射頻收發(fā)器；信道能量檢測(Energy Detect,ED)；檢測接收到數(shù)據(jù)包的鏈路質量指示(Link Quality Indication，LQI)；空閑信道評估(Clear Channel Assessment，CCA)：收發(fā)數(shù)據(jù)。IEEE802154的物理層定義了三個載波頻段用于收發(fā)數(shù)據(jù)，總共提供了27個信道：868MHz頻段1個速率為20kbps的信道，915MHz頻段10個40kbps的信道，2450MHz頻段16個250kbps的信道。IEEE的MAC層實現(xiàn)的功能有：協(xié)調器產(chǎn)生并發(fā)送信標幀(Beacon Frame)，普通設備根據(jù)協(xié)調器的信標幀實現(xiàn)與協(xié)調器同步；支

36、持PAN網(wǎng)絡設備與協(xié)調器的關聯(lián)(Association)和離開(Disassociation)操作；支持無線信道通信平安(數(shù)據(jù)加密效勞)；使用載波偵聽多址接入/沖突防止(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)機制訪問無線信道；支持有保證時隙(Guaranteed Time Slot,GTS)機制；支持不同設備MAC層間的可靠傳輸。22 無線傳感網(wǎng)絡的關鍵技術作為當今信息領域新的研究熱點，無線傳感網(wǎng)絡涉及到了傳感器技術、通信技術、嵌入式技術和分布式計算技術等多學科的交叉研究領域，有非常多已發(fā)現(xiàn)和未發(fā)現(xiàn)的關鍵技

37、術值得研究和探索。無線傳感網(wǎng)絡主要關鍵技術如下:1網(wǎng)絡拓撲控制由于無線傳感網(wǎng)絡是自組織網(wǎng)絡，因此網(wǎng)絡拓撲控制具有兩方面非常重要的意義:一方面是在滿足網(wǎng)絡連通度的情況下，實現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域的有效覆蓋的代價降低;另一方面在于構建良好的網(wǎng)絡拓撲結構能帶來全局效率的提升，有利于節(jié)點能耗的降低和整個網(wǎng)絡負載的均衡，從而延長整個網(wǎng)絡的生命周期。因此，拓撲控制成為了無線傳感網(wǎng)絡研究的關鍵技術之一。2網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議負責使各個獨立的節(jié)點形成一個多跳的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。由于傳感器節(jié)點的通信能力、存儲能力、計算能力以及自身能量都十分有限，且網(wǎng)絡節(jié)點只能獲取局部網(wǎng)絡信息，這決定了網(wǎng)絡節(jié)點上運行的網(wǎng)絡協(xié)議不能太過復雜。同時，網(wǎng)

38、絡資源在不斷地變化，網(wǎng)絡拓撲結構也是動態(tài)變化的，這些都對網(wǎng)絡協(xié)議提出了更高的要求。因此，網(wǎng)絡協(xié)議也成為無線傳感網(wǎng)絡研究的關鍵技術之一。3時間同步實現(xiàn)時間同步是無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)協(xié)同作用的一個關鍵機制。然而，受到無線傳感網(wǎng)絡低功耗、高密度的限制，傳統(tǒng)的時間同步算法并不適用于無線傳感網(wǎng)絡。因此，設計適合于無線傳感網(wǎng)絡的新時間同步算法就顯得尤為重要。所以，時間同步同樣也成為了無線傳感網(wǎng)絡研究的關鍵技術之一。4定位技術位置信息是無線傳感網(wǎng)絡正常工作和應用中不可缺少的局部，缺少位置信息網(wǎng)絡很可能無法正常工作，在某些應用中缺少位置信息也將會是致命的。無線傳感網(wǎng)絡最根本的功能之一就是位置信息(事件發(fā)生的位置或

39、采集數(shù)據(jù)的節(jié)點的位置)。但是，受到無線傳感網(wǎng)絡自身所具有的低能耗、低本錢的特點限制，現(xiàn)有傳統(tǒng)定位技術(如GPS)對于無線傳感網(wǎng)絡來說并不適用，因此開發(fā)出適用于無線傳感網(wǎng)絡的定位技術勢在必行。5數(shù)據(jù)融合無線傳感網(wǎng)絡把能量的高效使用作為首要設計目標，因此如何減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的能量消耗就成為一個關鍵問題。數(shù)據(jù)融合可以在各個傳感器節(jié)點收集數(shù)據(jù)的過程中利用節(jié)點的本地計算和存儲能力去除冗余信息，減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而有效的節(jié)省能量。由于傳感器節(jié)點的易失效特性，從提高信息準確度的角度出發(fā)，無線傳感網(wǎng)絡也需要數(shù)據(jù)融合技術對多份數(shù)據(jù)進行綜合。6網(wǎng)絡平安無線傳感網(wǎng)絡的特點決定了它的平安與傳統(tǒng)網(wǎng)絡平安在研究方法和

40、計算段上會有很大的不同。在進行傳感器網(wǎng)絡協(xié)議和軟件設計時如何保證數(shù)據(jù)產(chǎn)生的可靠性、任務執(zhí)行的機密性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠桨残?，就成為無線傳感網(wǎng)絡不容無視的問題。7數(shù)據(jù)管理從數(shù)據(jù)存儲的角度來看，無線傳感網(wǎng)絡是一種分布式數(shù)據(jù)庫。以數(shù)據(jù)庫的方法對網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)進行管理，可以將存儲在網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)邏輯視圖與網(wǎng)絡中的實現(xiàn)進行別離，從而使得網(wǎng)絡用戶只需要關心數(shù)據(jù)查詢的邏輯結構，而不需要關心其實現(xiàn)細節(jié)。但是無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)管理與傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫有很大差異。因此，設計針對無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)管理方法就成為一個重要問題。8無線通信技術無線傳感網(wǎng)絡的通信帶寬窄而且經(jīng)常變化，通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米。因此無線傳感網(wǎng)絡需要低

41、發(fā)射信號功率譜密度、低復雜度、短距離、低功耗的無線通信技術。超寬帶技術(UWB)是一種極具潛力的無線通信技術。非常適合在無線傳感網(wǎng)絡中應用。另外，很多研究機構把IEEE 802.15.4標準作為無線傳感網(wǎng)絡的無線通信平臺。但是，目前還沒有一種方案能夠成為正式的國際標準。因此，無線通信技術也就成為無線傳感網(wǎng)絡研究的關鍵技術之一。9嵌入式操作系統(tǒng)傳感器節(jié)點本質上是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，硬件資源有限，這就要求操作系統(tǒng)能夠高效地利用其有限的內(nèi)存、處理器和通信模塊等硬件資源，且能夠對各種特定應用提供強大的支持。在無線傳感網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的支持下，多個應用可以并發(fā)地使用系統(tǒng)的有限資源。另外，傳感器節(jié)點具有并發(fā)

42、性密集和模塊化程度高兩個突出的特點。這就對無線傳感網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的設計提出了新的挑戰(zhàn)。10應用層技術無線傳感網(wǎng)絡應用層是由各種面向應用的軟件系統(tǒng)構成，部署的網(wǎng)絡往往執(zhí)行多種任務。因此，應用層的研究主要是各種無線傳感網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的開發(fā)和多任務之間的協(xié)調。無線傳感網(wǎng)絡應用開發(fā)環(huán)境的研究就是為應用系統(tǒng)的開發(fā)提供有效的軟件開發(fā)環(huán)境和軟件工具，需要解決的問題包括網(wǎng)絡程序設計方法學，網(wǎng)絡程序設計語言，基于感知數(shù)據(jù)的理解、決策和舉動的理論與技術，網(wǎng)絡軟件測試工具，網(wǎng)絡軟件開發(fā)環(huán)境和工具以及面向應用的系統(tǒng)效勞。23 無線傳感網(wǎng)絡的應用無線傳感網(wǎng)絡作為一種融合了無線通信技術、傳感器技術和分布式計算的特殊自組織網(wǎng)其

43、在軍事、環(huán)境監(jiān)測和預報、健康護理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控絡，等領域都有十分廣泛的應用。1軍事應用在戰(zhàn)場上無線傳感網(wǎng)絡可以通過炮彈或者飛機直接將網(wǎng)絡節(jié)點部署到敵方的陣地內(nèi)部或者公共隔離區(qū)域，能夠非常隱蔽且近距離的準確收集戰(zhàn)場的信息。2環(huán)境監(jiān)測當今社會環(huán)境問題受到越來越多的關注，環(huán)境保護越來越受到重視。由于無線傳感網(wǎng)絡的網(wǎng)絡規(guī)模通常較大，傳感器節(jié)點可以集成各類傳感模塊，并且適用于大區(qū)域監(jiān)測和不適合人工作業(yè)的惡劣環(huán)境，如災難現(xiàn)場、有毒化學氣體的泄漏區(qū)域等，所以無線傳感網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測方面的應用越來越廣泛。3醫(yī)療護理無線傳感網(wǎng)絡在醫(yī)療護理領域也有應用，它可以跟蹤和監(jiān)測醫(yī)院內(nèi)醫(yī)生和患者的行動，可以用F監(jiān)

44、測人體的各種生理數(shù)據(jù)等。4智能家居隨著社會的開展，人類對生活各方面的要求也在不斷提高，智能家居應運而生。通過把傳感器節(jié)點嵌入到家具和家電中組成無線傳感網(wǎng)絡，并與互聯(lián)網(wǎng)連接相連，為人類的生活提供更加方便、舒適和人性化的智能環(huán)境。5建筑物的狀態(tài)監(jiān)控建筑物狀態(tài)監(jiān)控是利用無線傳感網(wǎng)絡監(jiān)控建筑物的存在狀態(tài)。通過把傳感器節(jié)點安裝到建筑物上，實時監(jiān)測各種平安參數(shù)，建筑物就能夠自我感知，并主動的向管理部門報告自身的狀態(tài)信息，管理部門據(jù)此采取必要的措施。6交通管理無線傳感網(wǎng)絡可以作為車輛監(jiān)控的有力工具用在交通領域，在十字路口安裝傳感器節(jié)點進行交通情況監(jiān)測或者速度測量，為出行者提供方便的信息效勞，實現(xiàn)高效的道路交

45、通運輸管理。這些傳感器節(jié)點形成一個無線傳感交通網(wǎng)，通過該網(wǎng)絡可以查詢信息或者發(fā)出控制指令。7其它應用除了以上的應用外，無線傳感網(wǎng)絡在精作農(nóng)業(yè)、平安生產(chǎn)、空間探索、復雜機械監(jiān)控、大型車間和倉庫管理、機場和大型工業(yè)園區(qū)的平安監(jiān)測等領域也有廣泛應用。隨著研究的深入，無線傳感網(wǎng)絡的應用將深入到人類生活的各個領域，其未來的應用范圍將只受到人們想象力的限制，具有廣闊的應用前景。 3無線傳感網(wǎng)絡定位根本原理通常無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點是隨機分布在不同的環(huán)境中進行各項監(jiān)測任務。節(jié)點只有知道了自身的位置信息，才能夠提供有效的監(jiān)測消息。因此，對于無線傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測活動來說，位置信息至關重要，在很多無線傳感網(wǎng)絡應用中，沒有

46、節(jié)點位置信息的監(jiān)測信息往往毫無意義。監(jiān)測到事件后關心的一個重要問題就是該事件發(fā)生的位置，這是進一步采取措施和做出決策的根底。如森林火災監(jiān)測，天然氣管道泄漏監(jiān)測，戰(zhàn)場上敵方車輛運動的區(qū)域具體地點等。從圖3.1可看出定位效勞在無線傳感網(wǎng)絡體系結構中的位置定位信息除了用來確定事件發(fā)生的地點外，還可以用于目標跟蹤、目標軌跡預測、協(xié)助路由等。獲取位置信息是無線傳感網(wǎng)絡根本功能之一，定位技術是無線傳感網(wǎng)絡的一項重要支撐技術。目前針對無線傳感網(wǎng)絡的定位機制和定位算法己經(jīng)大量涌現(xiàn)。通常這些算法都在二維情況下使用，但是經(jīng)過擴展以后，可以很好的在三維情況下運用。31 無線傳感網(wǎng)絡定位技術概述311 無線傳感網(wǎng)絡定

47、位的概念對于定位一般的理解就是確定位置。在無線傳感網(wǎng)絡中，定位是指網(wǎng)絡通過特定的方法確定節(jié)點的位置信息。其可分為節(jié)點的自身定位和目標定位。節(jié)點自身定位是確定網(wǎng)絡中節(jié)點位置坐標的過程。它是網(wǎng)絡自身屬性確實定過程，是網(wǎng)絡的支撐，可以通過人工配置或各種節(jié)點自定位算法完成，它是整個無線傳感網(wǎng)絡存在的必要的支撐技術之一;目標定位是指在網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)確定一個事件或一個目標的位置坐標，這可以通過把位置的網(wǎng)絡節(jié)點作為參考節(jié)點來確定事件或目標在網(wǎng)絡中所處的位置，它是無線傳感網(wǎng)絡的一項重要應用方向。兩者可以統(tǒng)一起來考慮，無線傳感網(wǎng)絡定位問題就是尋求利用少量的錨節(jié)點來確定網(wǎng)絡中未知節(jié)點的位置坐標的方法。位置信息可以

48、分為兩種類型:一種是物理位置，它表示目標的相對或者絕對位置，是指目標在特定坐標系下的位置數(shù)值。另一種是符號位置，它表示的是目標與基站之間的連通關系，提供目標大致的所在范圍，即指在目標與一個基站或者多個基站接近程度的信息。312 無線傳感網(wǎng)絡定位技術有關術語無線傳感網(wǎng)絡定位用到的有關術語主要有:未知節(jié)點: WSN中不能自主定位，需要依賴定位算法和位置信息的節(jié)點來定位的節(jié)點。錨節(jié)點:通過GPS系統(tǒng)或人工部署自身位置信息，并且能夠協(xié)助網(wǎng)絡對未知節(jié)點定位的節(jié)點，又稱為信標節(jié)點。鄰居節(jié)點:在傳感器節(jié)點通信半徑內(nèi)，可直接相互通信的節(jié)點。跳數(shù):兩個節(jié)點之間間隔的跳段總數(shù)。測距:測量相互能夠通信的節(jié)點之間的距

49、離。測距誤差:測量距離與真實距離之間的誤差。一般指它與真實距離之間的比值。到達時間:一種信號從一個節(jié)點傳播到另一個節(jié)點所需的時間。到達時間差:兩種不同傳播速度的信號從一個節(jié)點傳播到另一個節(jié)點所需時間差。到達角度:節(jié)點接收到的信號相對于自身軸線的角度。接收信號強度:節(jié)點接收到無線信號強度的大小。視線關系:沒有任何障礙物間隔的兩個節(jié)點間能夠直接通信的關系。非視線關系:兩個節(jié)點之間存在障礙物。網(wǎng)絡連通度:網(wǎng)絡中所有節(jié)點的鄰居節(jié)點個數(shù)的平均值。覆蓋率:能夠確定坐標位置的節(jié)點在總節(jié)點數(shù)中所占的比例。根底設施:協(xié)助傳感器節(jié)點定位的自身位置的固定設備，如衛(wèi)星、基站等。空洞:空洞就是一個沒有節(jié)點存在的區(qū)域。空

50、洞有可能由天然的障礙如河流或湖泊所造成，也可能由一些像電池壽命耗盡等情況造成的節(jié)點失效而產(chǎn)生。313 無線傳感網(wǎng)絡定位技術特點無線傳感網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點的可靠性差、能量有限、節(jié)點數(shù)量龐大且節(jié)點部署具有不確定性，再加上節(jié)點有限的通信能力、數(shù)據(jù)處理能力和存儲能力，這些限制因素對定位技術提出了更高的要求。通常無線傳感網(wǎng)絡定位技術具備以下特點。1自組織性通常無線傳感網(wǎng)絡中的節(jié)點是隨機布設的，不能依靠全局的根底設施的協(xié)助確定每個節(jié)點的位置所在。因此，自組織性就顯得格外重要。2容錯性傳感器節(jié)點的硬件配置低、處理能力弱、可靠性差、能量少以及測距時會產(chǎn)生誤差等因素決定了傳感器節(jié)點本身的脆弱性，因此定位算法必須

51、具有良好的容錯性。3能量高效性為了盡量延長網(wǎng)絡的生存周期，要盡可能的減少節(jié)點間的通信開銷，減少算法中計算的復雜度，用盡量少的能量完成盡可能多的工作。4分布式計算每個節(jié)點自己對自身的位置進行估算，不需要將所有信息傳送到某個特定的節(jié)點進行集中計算。314 無線傳感網(wǎng)絡定位技術相關應用位置信息在某些應用中起關鍵性的作用，同時具有多種用途，大體可分為導航、跟蹤、虛擬現(xiàn)實和網(wǎng)絡路由等。無線傳感網(wǎng)絡定位技術提供了網(wǎng)絡應用中至關重要的地理位置信息。無線傳感網(wǎng)絡中不但有很多特定應用都依賴于節(jié)點或目標物體的地理位置信息，而且很多網(wǎng)絡運行和管理也需要位置信息的輔助，如基于地理位置信息的路由、資源的有效配置、對外部

52、目標的定位和跟蹤等。無線傳感網(wǎng)絡定位技術通常具體應用在以下幾方面:1導航導航是定位最根本的用途，但在無線傳感網(wǎng)絡中這項功能并不突出，但也有這方面的應用。例如:在軍事上，通過事先部署的無線傳感網(wǎng)絡采集到的信息，可以對敵方目標進行準確的定位，為火控系統(tǒng)提供精確的制導;在智能交通系統(tǒng)中可以通過網(wǎng)絡節(jié)點的布設獲取車輛的位置信息可以為道路車輛提供信息反應，從而實現(xiàn)城內(nèi)精確導航等。2目標跟蹤目標跟蹤是指網(wǎng)絡實時監(jiān)測目標的行動路線，預測目標的前進軌跡。例如在戰(zhàn)場上實時的跟蹤并報告敵方運動態(tài)勢以便及時采取相應的措施;對動物活動進行追蹤，通過將傳感器節(jié)點植入該動物身體的某個部位，并通過該節(jié)點周期性地把相關信息發(fā)

53、送給控制中心便可以得到其活動的路徑信息;可以通過在礦工身上部署網(wǎng)絡節(jié)點，實時了解礦井下礦工的位置分布情況等。另外，在工廠、物流管理和醫(yī)院儀器管理等環(huán)境中都有很廣泛的應用和迫切的需求。3事件的監(jiān)控事件監(jiān)控是指通過網(wǎng)絡對某些感興趣的事件進行監(jiān)控。例如:對森林防火應急監(jiān)控，目前很多森林的防火監(jiān)控都是利用無線傳感網(wǎng)絡來實現(xiàn)的，將網(wǎng)絡節(jié)點部署在監(jiān)控區(qū)域，通過傳感網(wǎng)絡回傳至控制中心的數(shù)據(jù)一旦發(fā)生異常情況，就可以通過該節(jié)點的相關地理位置信息判斷出是什么地方發(fā)生異常，以便工作人員采取相關措施;對貴重文物進行監(jiān)控，通過在文物上或附近部署網(wǎng)絡節(jié)點，利用節(jié)點的位置信息判斷文物是否在原來的位置;對天然氣管道泄露具體位

54、置進行監(jiān)控等。4定向信息查詢?nèi)绻芾砉?jié)點需要知道某一個監(jiān)測區(qū)內(nèi)的狀態(tài)或是否有事件發(fā)生，可以將監(jiān)測任務發(fā)布到這個區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點進行定向的信息查詢。5進行網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡可以利用傳感器節(jié)點的位置信息構建網(wǎng)絡拓撲圖，據(jù)此實時地統(tǒng)計網(wǎng)絡覆蓋情況，對覆蓋較差的區(qū)域及時采取必要的補救措施。6協(xié)助路由路由算法可以借助節(jié)點的位置信息進行路由選擇，基于地理位置的網(wǎng)絡路由就是一種利用節(jié)點位置信息進行網(wǎng)絡路由的優(yōu)化路由。此種優(yōu)化路由需要網(wǎng)絡中的節(jié)點知曉每個節(jié)點或者至少相鄰節(jié)點的位置信息，據(jù)此做出優(yōu)化的路由選擇。在無線傳感網(wǎng)絡中，優(yōu)化的路由可以提高系統(tǒng)性能、平安性，從而節(jié)省珍貴的電能。32 無線傳感網(wǎng)絡定位根本方法通

55、常無線傳感網(wǎng)絡中節(jié)點是隨機分布的且數(shù)量龐大。如果通過人工標定的方式來確定每個節(jié)點的位置，其工作量過大難以完成;如果采用直接獲得節(jié)點位置的方式即為每個節(jié)點裝備全球定位系統(tǒng)(GPS)，考慮到價格、體積、功耗等因素的限制，通常該方案也被排除在外。一種較合理的方法就是在網(wǎng)絡中部署少量的錨節(jié)點，然后網(wǎng)絡利用這些錨節(jié)點來估算其它節(jié)點的位置。目前節(jié)點定位的研究熱點就集中在如何利用這些錨節(jié)點計算未知節(jié)點的位置。無線傳感網(wǎng)絡定位問題的一般前提假設是:1具有較高的網(wǎng)絡密度;2每一個節(jié)點都具有全網(wǎng)唯一的ID;3在沒有特別說明的情況下，所有節(jié)點具有相同的最大通信半徑;4在定位過程中，假設節(jié)點相對位置不變。 根本原理無

56、線傳感網(wǎng)絡定位的根本原理就是直接或間接測量節(jié)點之間的距離、角度或者其它連通性信息，然后再利用這些已獲得的信息估算網(wǎng)絡中所有未知節(jié)點的位置，最后再利用其它修正方法對估算出來的位置坐標進行修正，減小誤差提高定位精度。盡管現(xiàn)有的定位算法各不相同，但從根本原理上講，現(xiàn)有的無線傳感網(wǎng)絡定位機制通常由以下三步組成：第一步，未知節(jié)點通過一定的手段或方法估計未知節(jié)點到錨節(jié)點的距離;第二步，運用適當?shù)奈恢霉浪惴椒▽崿F(xiàn)位置估計;第三步，采取一定的措施對估算值進行修正或優(yōu)化處理。不同的定位算法可根據(jù)具體的情況對以上幾步進行取舍，或選擇其中幾步或選擇所有步驟來進行定位。322 節(jié)點間距離的測量方法測量節(jié)點之間角度或距離的方法有很多，直接測距的方法有接收信號強度(RSSSI)，到達時間(TOA)，往返傳播時間(Roundtrip Time of Flight,RTOF ),到達時間差(TDOA)，以及到達角度(AOA)等。此外，還有一些間接測距的定