最新TDOA定位算法研究

1、收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除TDOA定位算法研究院（系）:學 號:專 業(yè)：指導教師:畢業(yè)設(shè)計（論文）收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除題目基于TDOA的定位算法研究專業(yè)學號學生指導教師答辯日期摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心 三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié) 點，各節(jié)點通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無 線電波傳輸給信息處理中心。因此，其最重要的核心部位是節(jié)點傳感器，應用的 范圍是面對廣大使用用戶和各種科技創(chuàng)新范

2、圍，其功能的關(guān)鍵所在是為用戶提供 可靠的、準確的、實時的研究數(shù)據(jù)。那么，定位技術(shù)作為將這個“核心”和“關(guān)鍵” 連接的紐帶，它的重要性不言而喻。本文首先通過調(diào)查無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，然后再研究其能夠?qū)崿F(xiàn)的各 種功能，結(jié)合國內(nèi)外在其各個領(lǐng)域像組網(wǎng)方式等的研究現(xiàn)狀，通過分析，在分析 的過程當中選擇研究方向，最后通過選擇，在定位算法上得到了突破口，然后研 究的后續(xù)內(nèi)容得以展開。其次介紹了無線傳感器的基礎(chǔ)概念，分析其各個基本單 元在其組成的網(wǎng)絡(luò)當中的主要實現(xiàn)的功能，然后在其測距算法的類別中，介紹了 三種經(jīng)典算法理論，并同時與非測距算法對比，得出非測距算法的優(yōu)越性，分析 和研究目前已有的三種應用算法，

3、最后整理出算法的改進方法。通過對于TDOA定位查恩算法、TDOA定位最小二乘法算法以及TDOA定位 最小二乘法加權(quán)算法來進行研究，按照提高精度的思路，最終在三種算法基礎(chǔ)上 嘗試一種優(yōu)化算法即進行質(zhì)心處理的算法。然后用仿真軟件matlab軟件進行組網(wǎng) 和仿真，并且最終通過matlab進行仿真并且得到成功的驗證。然后大量的實驗數(shù) 據(jù)證明，通過質(zhì)心加權(quán)處理的TDOA定位算法可以在實際中得到應用。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；chan算法；TDOA；質(zhì)心加權(quán)：錨節(jié)點AbstractWireless sensor networks can be seen by the data acquisition net

4、work, data distribution network and control management center composed of three parts. The main components of the integrated sensor, the data processing unit and a communication module nodes, each node through a distributed network protocol from the composition, then the collected data via radio wav

5、es through the optimized transmission to the information processing center. Therefore, the most important part of it is the core of the sensor nodes, in the face of broad range of applications and a variety of scientific and technological innovation with user scope, its key functions is to provide u

6、sers with reliable, accurate, real-time research data. Then, positioning technology as this core” and key connection link, its importance is self-evident.Firstly, by investigating the development process of the wireless sensor network, and then study its various functions can be achieved, at home an

7、d abroad in their various fields such as networking research status, through the analysis, the analysis of the process of selection research direction, Finally, choose the positioning algorithms to get a breakthrough, and then a follow-up study to expand the content. Secondly introduces the basic co

8、ncepts of wireless sensors to analyze the composition of each basic unit in the network among its main function, and location algorithm in its category, we introduce three classical algorithm theory, and also with non-Ranging algorithm comparison algorithm derived non-ranging superiority, analysis a

9、nd research three applications currently available algorithms, and finally sorted out the algorithm method.By Chan for the TDOA algorithm, TDOA positioning method of least squares algorithm and weighted least squares method TDOA location algorithm to conduct a study to improve the accuracy in accord

10、ance with the idea, culminating in three algorithms based on an optimization algorithm that attempts to carry out centroid processing algorithm . Then use simulation software matlab software networking and simulation, and ultimately through matlab simulation and verification successfully. Then a lar

11、ge number of experimental data proved that through the centroid weighting process TDOA algorithm can be applied in practice.Keywords: wireless sensor networks, chan algorithm, TDOA, weighted centroid, time delay目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 摘要I HYPERLINK l bookmark9 o Cur

12、rent Document AbstractII HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 第1章緒論1 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 課題的來源1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 課題的研究目的2 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 本文的主要研究內(nèi)容5 HYPERLINK l bookmark23

13、 o Current Document 第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究6 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的具體結(jié)構(gòu)以及優(yōu)勢6 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 算法定義和相關(guān)參數(shù)10 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)定位算法11 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document TMM 算法11 HYPERLINK l bookmark33 o Current Docu

14、ment MLE 算法12 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 非測距的WCL算法13 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 非測距的迪維-跳數(shù)算法14 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 系統(tǒng)的設(shè)計標準與評價參數(shù)16 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 本章小結(jié)17 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 第3章TDOA定位算法19 HYPERLINK l bo

15、okmark49 o Current Document TDOA算法概述19 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document TDOA算法的時延估計19 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)定位算法23 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實驗模型設(shè)置23 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學模型設(shè)置23 HYPERLINK l bookmark59 o Cur

16、rent Document TDOA技術(shù)工程應用-查恩算法25 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document TDOA技術(shù)數(shù)學應用算法-最小二乘法25 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document TDOA技術(shù)最小二乘法的加權(quán)處理26 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 質(zhì)心加權(quán)算法27 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 本章小結(jié)27 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 第4

17、章TDOA算法的實驗仿真與數(shù)據(jù)分析29收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 定位時延實驗仿真設(shè)計與數(shù)據(jù)分析29 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 時延仿真系統(tǒng)的設(shè)計29 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 時延仿真數(shù)據(jù)分析30 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 基于TDOA技術(shù)的定位算法仿真設(shè)計與數(shù)據(jù)分析31 HYPERLINK

18、l bookmark85 o Current Document 時延仿真數(shù)據(jù)分析31 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 查恩算法實驗仿真與數(shù)據(jù)分析31 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 最小二乘算法實驗仿真與數(shù)據(jù)分析33 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 最小二乘算法加權(quán)處理后的實驗仿真與數(shù)據(jù)分析35 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 基于質(zhì)心加權(quán)處理算法的實驗仿真與數(shù)據(jù)分析36 HYPERLIN

19、K l bookmark95 o Current Document 查恩算法實驗仿真與數(shù)據(jù)分析36 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 最小二乘算法實驗仿真與數(shù)據(jù)分析37 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 最小二乘加權(quán)算法實驗仿真與數(shù)據(jù)分析38 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 本章小結(jié)40結(jié)論41 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 參考文獻42附錄145附錄249第1章緒論課題的來源近年來，無

20、線通信、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及嵌入式計算等技術(shù)的不 斷進步，推動了低成本、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN) 的發(fā)展，促使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為當今活躍的研究領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新 型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時也是一個多學科交叉的領(lǐng)域，與當今主流無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 一樣，均使用802.15.4的標準。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由具有感知能力、計算能力和 通信能力的大量微型傳感器節(jié)點組成，強大的數(shù)據(jù)獲取和處理能力使得其應用 范圍十分廣泛，可以被應用于國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、目 標跟蹤等領(lǐng)域。在過去的幾年中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已獲得越來越多的關(guān)注。美 國的技術(shù)評論

21、雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第 一項未來新興技術(shù)。此外，商業(yè)周刊預測的未來四大新技術(shù)中，無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)也列入其中。由此可見，傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息感知和采集的一場革命，它的 出現(xiàn)將會給人類社會帶來巨大的變革無線網(wǎng)絡(luò)傳感器的研究起始于20世紀90年代末期。其巨大的商業(yè)軍事應 用價值，吸引了世界上許多國家的關(guān)注。Intel,微軟等IT業(yè)巨頭開始了無線網(wǎng) 絡(luò)傳感器方面的研究工作。日本、德國、英國、意大利等科技發(fā)達國家也對無 線網(wǎng)絡(luò)傳感器表現(xiàn)出了極大的興趣，紛紛展開了該領(lǐng)域的研究工作。我國在傳 感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究工作還很少，目前.，國內(nèi)一些高等院校與研究機構(gòu)已積極 開展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

22、的相關(guān)研究工作，主要有清華大學、中科院軟件所、浙江 大學、哈爾濱工業(yè)大學、中科院自動化所、中國人民大學等。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里，其最重要的核心部位是節(jié)點傳感器，應用的范 圍是面對廣大使用用戶和各種科技創(chuàng)新范圍，其功能的關(guān)鍵所在是為用戶提供 可靠的、準確的、實時的研究數(shù)據(jù)。定位技術(shù)作為將這個“核心”和“關(guān)鍵”連接 的紐帶，在其重要性上不言而喻，縱使傳感器成本低廉、功能強大，傳輸網(wǎng)絡(luò) 速度飛躍提升，用戶界面簡潔易操控，而沒有合理的定位技術(shù)，數(shù)據(jù)與用戶就 無法連接，即使連接，得到的數(shù)據(jù)也沒有任何意義。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)是處理單元的關(guān)鍵，很多科技工作者在 此項研究上付出了諸多的努力，也初

23、步得到了一些成效，同時也誕生了一些具 有較高精度的定位算法，但是，目前已有的算法當中，多數(shù)應用在產(chǎn)品中的算 法只是局限于單純產(chǎn)品的特性，換言之，如果將產(chǎn)品納入其所屬的大類，在大 類產(chǎn)品的定位算法上，沒有統(tǒng)一的、公認的算法出現(xiàn)。因此，筆者最終決定在此方向上做研究，以期能夠得出能夠在實踐中能夠 應用的高精度算法。課題的研究目的在這個信息時代，各種用戶對信息的獲取是非常重要的，知道現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò) 時代用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)了解最新的世界新聞，通過聊天軟件和交友網(wǎng)站獲取 周圍朋友的狀態(tài)信息，通過專門的網(wǎng)站可以觀察地球表面的圖像，目前中國的 各大科技公司還正在開發(fā)天眼系統(tǒng)，就是在網(wǎng)絡(luò)上可以實時觀看有天眼系統(tǒng)存

24、在的景觀事物。以上這些都是網(wǎng)絡(luò)帶來的便利，但這些方式的數(shù)據(jù)交換多是通 過文字輸入、圖片成像、視頻錄制帶來的，也就是說有專門的工作機構(gòu)在進行 信息的采集，人工的向網(wǎng)絡(luò)上傳輸這樣的數(shù)據(jù)，為使用用戶進行服務(wù)。目前的網(wǎng)絡(luò)，在信息的采集和到達使用用戶的過程中，加入了人工傳遞的 一個階段，這在數(shù)據(jù)的及時性方面存在著一個很大的延遲，用戶不能實時的接 收需要的數(shù)據(jù)，這對一些用戶來說，可能會造成巨大的影響，甚至是有不可挽 回的損失。舉個例子，2008年5月12日，我國的四川汶川發(fā)生里氏9.0級的 地震，地震中心位置的所有電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)癱瘓，由于所有公路都被損毀, 外界人員無法與災區(qū)進行聯(lián)系，不能及時準確的得

25、到其中的信息數(shù)據(jù)，這給抗 震救災工作帶來了非常大的麻煩，信息數(shù)據(jù)的獲取耽誤一個小時，災區(qū)可能會 有許多人在這個時間結(jié)束生命，這對于國家來說是不可估量的災難性損失。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除通過以上的例子，可以看出，在信息的獲取上實時的反饋是非常關(guān)鍵的部 分。也就是說用戶如果能夠通過一個可靠的網(wǎng)絡(luò)，按照其需求實時的取得數(shù)據(jù), 對于解決問題是非常重要的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能非常符合此項需求。經(jīng)過 合理的設(shè)計和科學的組網(wǎng)能夠把數(shù)據(jù)采集做到及時準確，首先傳感器在組網(wǎng)方 式上可以是有人為布置傳感器，也可以是在人類不能進去的危險領(lǐng)域或暫時不 能設(shè)計的地區(qū)進行機

26、器布置，這就在組網(wǎng)上克服了很多不能實現(xiàn)的困難。其次 傳感器之間可以相互傳遞實時數(shù)據(jù)，不需要人為操控，就可以自動組建局域網(wǎng) 絡(luò)。最后數(shù)據(jù)的獲取方式可以是通過衛(wèi)星無線接收，也可以是在附近設(shè)立基站 進行專門的接收。所以這種網(wǎng)絡(luò)特點可以適應很多惡劣環(huán)境，數(shù)據(jù)傳輸也沒有 經(jīng)過人為延遲，實時性非常好，這在國民生產(chǎn)和關(guān)注民生的國家大事上有著極 其重要的應用意義。經(jīng)過上述的分析，WSN在很多領(lǐng)域是一個具有絕對優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所以 國家非常重視其發(fā)展和研發(fā)，在第一節(jié)的分析中提到，定位算法在是其中起到 了紐帶作用，它的好壞對系統(tǒng)的性能指標影響是非常大的。在很多的產(chǎn)品應用 中，算法的精確程度可以導致定位的成功和失敗

27、，有些基于測距的算法在理論 上分析是非常準確的，但在產(chǎn)品應用中，會受到很多因素的影響，導致算法失 效。因此出現(xiàn)了非測距的定位算法，盡管精度上可以保證，但由于計算復雜， 開銷增大，導致成本的上升，在一個有10000個節(jié)點和100個錨節(jié)點的無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中，如果計算量增加一倍，其消耗成本甚至是10倍以上。本文研究思想是，通過分析研究算法的理論，與實際應用比較，找到合適 的算法進行深入分析。本著應用目的，按照提高準確度和適當降低成本的設(shè)計 思想，將選擇的算法進行合理化的改進，最后將算法進行實驗仿真，得出結(jié)論。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對于國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀本文結(jié)合了很多參考文獻，對于現(xiàn)狀的分析首先應 該從傳感器

28、的設(shè)計種類和功能上進行研究，其次是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，最 后討論定位技術(shù)的研究現(xiàn)狀。傳感器的發(fā)展是一個階躍式的過程，從傳統(tǒng)的過程控制的四大傳感器類型， 到現(xiàn)在傳感器新技術(shù)的出現(xiàn)，經(jīng)歷一個階躍的發(fā)展，在20世紀80年代，隨著 信息時代的到來，對于傳感器的要求標準逐漸提高，這就造成了很大的剛性需 求。科學技術(shù)大幅度的進步推動了新型材料的不斷發(fā)展，也改變了傳統(tǒng)的工藝 手法，所以出現(xiàn)了利用納米技術(shù)、生物技術(shù)、光纖技術(shù)等研發(fā)的傳感器。目前 全球傳感器技術(shù)領(lǐng)先的國家是德國和美國，技術(shù)已經(jīng)達到可以用一個傳感器實 現(xiàn)多個功能，不斷的小型化，復雜化，并且成本非常低廉。由于我國是世界 上的電子產(chǎn)品加工工廠，傳感

29、器的研發(fā)也幾乎跟上了世界的步伐，光纖陀螺傳 感器、化學催化傳感器、高精度識別輪廓傳感器都已研發(fā)成功。先進的傳感器技術(shù)給開發(fā)無線傳感器網(wǎng)路提供了有利的基礎(chǔ)保障。國外的 研究狀況比我國技術(shù)的研制要先進許多，美國從提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的模型概 念開始，傳感器網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)速度一直保持增長，從2000年開始，根據(jù)現(xiàn)有的資 料顯示，幾乎每年美國的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都有一項新技術(shù)產(chǎn)生，總的趨勢 是向智能化、微型化進行發(fā)展，德國的智能傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)將節(jié)點的體積控制在 了指甲狀大小，可以看出傳感器網(wǎng)絡(luò)目前研究的尖端領(lǐng)域是向集成多功能方向 發(fā)展。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在歐美強國日新月異的發(fā)展，其定位技術(shù)的開發(fā)更是 突飛猛進

30、。在最初階段，定位技術(shù)的算法是基于測距來控制的，已知錨節(jié)點的 位置坐標，并且將錨節(jié)點上傳遞信號，確定其到未知節(jié)點或者是網(wǎng)中錨節(jié)點的 距離，通過距離的測量和數(shù)學工具矩陣方程、解析幾何、似然估計的應用來估 算未知節(jié)點的位置，這在剛剛的起步階段是非常流行的算法。由于無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的加大，節(jié)點數(shù)量陡增，多徑效應等干擾也隨之擴大，這導致測距功 能無法實現(xiàn)，所以測距算法逐漸淘汰，取而代之的算法是基于非測距的算法， 其算法中相對認可度較高的最佳近似三角形逼近法和迪維跳數(shù)算法，它們都是 應用一些近似的運算和信號的時間，把距離測量轉(zhuǎn)換為近似替代或者是劃歸區(qū) 域，實際的仿真效果在克拉美羅門限之內(nèi)，所以得到了

31、廣泛的應用。近期，國 內(nèi)外的研究學者絕大多數(shù)的研究成果都是在最佳近似三角形逼近法和迪維跳數(shù) 算法的基礎(chǔ)上進行改進，目的是降低計算量，提高定位精度，其中應用比較廣 泛的是分割圓算法，就是找到跳數(shù)一和跳數(shù)二的集合，用固定的半徑設(shè)計分割 圓，將待測節(jié)點逼近在很小的范圍之內(nèi)，再用WCL算法進行定位。本文的主要研究內(nèi)容無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法是本文主要研究的內(nèi)容，通過對算法理論的分 析研究，提出合理的改進假設(shè)，利用數(shù)學模型和仿真軟件驗證改進算法的正確 性和穩(wěn)定性。本文所要完成的工作如下：第一，分析國內(nèi)外對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，結(jié)合其在近三十年的 發(fā)展背景下，找到WSN在實際應用中的優(yōu)勢所在，在其中

32、的關(guān)鍵技術(shù)上本文 提出了一個研究方向，就是基于非測距算法的優(yōu)化和改進。第二，查找文獻，在宏觀上把握WSN的輪廓，分析其中的結(jié)構(gòu)單元和實 現(xiàn)的主要功能，形成對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的大體方向，分析研究測距和非測距形態(tài)下的 各種經(jīng)典算法，重點掌握算法的各項性能指標和理論推導，通過這些工作確立 改進算法的設(shè)計思路和設(shè)計目標。第三，全面重點研究TDOA定位技術(shù)，總結(jié)TDOA的技術(shù)理論和定位優(yōu)勢, 按照查恩算法、最小二乘算法和加權(quán)處理的步驟進行設(shè)計仿真前的理論分析和 指標設(shè)置，在此基礎(chǔ)上引入質(zhì)心加權(quán)二次處理，對TDOA技術(shù)進行改進。第四，根據(jù)仿真軟件MATLAB的基本操作，對互相關(guān)函數(shù)法、查恩算法、 最小二乘法、最小

33、二乘加權(quán)法和質(zhì)心加權(quán)處理法進行編程調(diào)試，經(jīng)過多次實驗 仿真獲得相應的實驗數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行詳細的對比分析。第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的具體結(jié)構(gòu)以及優(yōu)勢組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上是通過在一定的可控區(qū)域內(nèi)，安裝巨量的各種形體 較小的傳感器，各種傳感器通過無線信號和擴頻跳變進行網(wǎng)絡(luò)通信，把大量傳 感器和目的傳感器獲取的種類繁多，數(shù)據(jù)各異的信息量傳回中間分析系統(tǒng)，在 通過分析系統(tǒng)分揀、組類、優(yōu)化，最后將需求信息發(fā)送給需要此傳感器信息的 使用者，能夠完成很多遙控簡化的數(shù)據(jù)測量。在目前的使用網(wǎng)絡(luò)中盡管各種硬 件設(shè)施、軟件分析系統(tǒng)、服務(wù)器處理功能都很成熟，但存在信息量巨大、網(wǎng)絡(luò) 癱瘓、時間不能

34、同步、信息單位冗雜等難以解決的問題，所以應用無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)，開辟了一種新的組網(wǎng)方式，解決了有線傳輸成本較高的問題，有在信息 傳輸時間和信息處理上達到實時獲取、實時分析、實時傳遞、實時反饋的目的, 可以預見，在不久的將來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將大力推廣，廣泛應用，為人類文 明的進步做出標志性的貢獻，開啟全新的無線時代。在組網(wǎng)階段，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，將打破現(xiàn)有的組網(wǎng)方式，更新老 舊的體系結(jié)構(gòu)，目前理論上可以這樣組網(wǎng)，首先將其設(shè)定為立體的、多重的、 同步的網(wǎng)絡(luò)特點，按照其特殊的性質(zhì)發(fā)散式的安裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，也就是無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的單元節(jié)點，在小型區(qū)域內(nèi)設(shè)置接收傳感器信號的機器終端、同樣也會 安裝相應類

35、別的發(fā)射終端。在用戶使用此網(wǎng)絡(luò)時，必須有信息獲取和請求的媒 介途徑，這樣的途徑可以是互聯(lián)網(wǎng)，也可以是廣播電視網(wǎng)，或者是移動通信網(wǎng), 因此還會在用戶使用時根據(jù)不同的傳輸媒介設(shè)置相應的操作界面。無論是節(jié)點 還是收發(fā)、無論是媒介還是界面，在組網(wǎng)的過程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是傳感器 節(jié)點，它直接代表著該網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和網(wǎng)絡(luò)特點，所以對于傳感器的分 析是本文的一個重點。傳感器在作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時基本上實現(xiàn)的功能就是獲取信號、處理信號、傳收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除輸信號，所以無論什么種類的傳感器，都應具備上述三種的功能，缺一不可， 也就是說，傳感器通過傳感單元獲取

36、外界的數(shù)據(jù)，安裝處理單元數(shù)據(jù)融合方式 進行簡單的數(shù)據(jù)整理與分析，最后把信息移交給通信單元，進行發(fā)送接收。當 然任何傳感器節(jié)點都會有其獨立的供電單元，為傳感器工作提供足夠的能耗保 障，具體組成請參見圖2-1。圖2-1傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點的布置方式會有很多途徑，例如通過人工發(fā)射多枚含有傳感器 的增雨彈，通過各種專業(yè)的機器大量布置等方式。無論怎樣布置傳感器，其都 有一定的組網(wǎng)目的，例如通過多個傳感器的集體工作，采集相應的氣象數(shù)據(jù)、 感知某些特定環(huán)境中的聲音信號、通過光敏性質(zhì)的傳感器還可以進行對各種物 體立體形態(tài)的測量。大多數(shù)傳感器由于在使用上和攜帶上的問題，都會做的非常廉價，所以其 傳輸功能

37、都是非常有限的，這就需要利用傳感器的接力方式把采集信息向外傳 送，例如圖2-2畫出的一個典型的傳遞方式，就是傳感器A采集到的信息傳給 B, B接受后將進行存儲，然后將本節(jié)點采集的信息連同上一節(jié)點發(fā)送過來的 信息向外傳遞給C, A,通過這樣的信息拓撲傳遞方式，最后由區(qū)間接收器進 行大量的信息匯總很處理，再把信息傳給分析單元，進而延伸到使用用戶。圖2-2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)在將無線傳感網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的實際網(wǎng)絡(luò)進行一些特點上的比較，總結(jié)無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點：（1）硬件資源有限。WSN節(jié)點采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和 存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計算能力的條件下進行協(xié)作分 布式信息處理的

38、難題。（2）電源容量有限。為了測量真實世界的具體值，各個節(jié)點會密集地分布 于待測區(qū)域內(nèi)，人工補充能量的方法已經(jīng)不再適用。當自身攜帶的電池的能量 耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。所以，任何WSN技術(shù)和協(xié)議的研 究都要以節(jié)能為前提。（3）無中心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點的地位都是平等的，沒有預 先指定的中心，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點通過分布式算法來相互協(xié)調(diào)，在無 人值守的情況下，節(jié)點就能自動組織起一個測量網(wǎng)絡(luò)。（4）自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通 過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組 成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。（5）多跳（Multi-

39、hop）路由。WSN節(jié)點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾 十到幾百米，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。（6）動態(tài)拓撲。WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點可以隨處移動；一個節(jié)點 可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運行；也可能由于工作的需要 而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應該 具有動態(tài)拓撲組織功能。（7）節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點數(shù)量大、分布范圍廣，難于維 護甚至不可維護。所以，需要解決如何提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件健壯性和容 錯性。然后總結(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢：（1）傳感器的類型的可謂是五花八門，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和各種新性能 材料的復合應用，傳感器的制造成本在

40、大幅下降，而各種測繪遙感的技術(shù)也逐 漸應用進來，這就是建立無線傳感網(wǎng)絡(luò)的成本和技術(shù)達到了較好的時機，所以 一旦無線網(wǎng)絡(luò)建立勢必會在一些性能上優(yōu)異于普通網(wǎng)絡(luò)，可謂時代造就了無線 傳感網(wǎng)絡(luò)，歷史的車輪和人類文明的進步在推動其不斷向前發(fā)展“L組網(wǎng)時, 傳感器的數(shù)量不會是10個，100個那樣簡單，因為要完成一項感知功能，就需 要全面了解感知物體的各種信息，所以在布置傳感器是會將以數(shù)量級式遞增來 組網(wǎng)，這樣的巨量會使效果達到優(yōu)化，并可以規(guī)避很多誤差。（2）本節(jié)開頭時分析介紹了傳感器在組網(wǎng)時要進行人工布置，但很多情況 下當需要測量和同步的地域是非常條件苛刻的，甚至是人類無法進入的區(qū)域。（3）由于傳感器的體

41、積較小，所以傳感器可以布置在一些可以移動的物體 上，所以和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感網(wǎng)絡(luò)規(guī)避了在移動中需要硬件介入的問題, 所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以完成動態(tài)數(shù)據(jù)的測量及分析。（4）傳感器組網(wǎng)時會大量布置，也就是說，在多數(shù)區(qū)域，傳感器的數(shù)量是 多余實際該區(qū)域需要的數(shù)量，因此，網(wǎng)絡(luò)中，個別節(jié)點一旦出現(xiàn)傳感功能失效, 就會有替代的傳感節(jié)點彌補嗎，所以無線傳感網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定程度具有非常高的水 平。從目前無線傳感器網(wǎng)路的發(fā)展來看，其實際的應用離所處的時代并不遙遠, 無論是科學研究、測繪遙感，還是文藝表演、體育競賽，甚至是的日常生活中都已經(jīng)感受到WSN為人類文明帶來的巨大貢獻。算法定義和相關(guān)參數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在著

42、有別于其他普通網(wǎng)絡(luò)的重要特點，這個重要特點就 是當組網(wǎng)是，傳感器的分布位置不是人工能夠細節(jié)控制的，它們是通過互相的 聯(lián)系，自行定位形成一個密集的采集數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。鑒于此，由于網(wǎng)絡(luò)布置的復雜 性，人為的去尋找測量節(jié)點位置是不可能完成的，所以就需要定位技術(shù)，而定 位技術(shù)的關(guān)鍵就是應用何種算法進行定位。在實際應用網(wǎng)絡(luò)中，存在一些已知確切位置的節(jié)點或者基站，它們在網(wǎng)絡(luò) 中起到處理數(shù)據(jù)、分析信息、傳遞指令等很多重要的職稱作用，把這些節(jié)點在 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中稱作錨節(jié)點，在浩瀚如海的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，錨節(jié)點的數(shù)量是 極為有限的，但它存在的價值是非常巨大的，擔負著參考節(jié)點的作用，接下來 研究的算法都是利用錨節(jié)點的已知

43、坐標進行對其他節(jié)點的定位，參照圖2-3所 示，可以看出錨節(jié)點只是這些傳感器中的一小部分。圖2-3 WSN中的錨節(jié)點和未知節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)有很多個，在不同的算法中也應用了許多自己命 名的各種參數(shù)，由于很多參數(shù)的敘述都非?；逎y懂，所以本文將重點結(jié)合圖 2-2分析幾個常用的參數(shù)：因為在網(wǎng)絡(luò)中存在大量的節(jié)點，而節(jié)點自身不僅要 獲取測量數(shù)據(jù)，還要肩負著傳遞數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)的任務(wù)，所以要把一個節(jié)點和收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除其他萬計的節(jié)點區(qū)分開來，所以除了節(jié)點本身外，所有的外部節(jié)點都稱作其的 鄰居節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)定位算法TMM 算法TMM算

44、法也是一種基礎(chǔ)的定位算法，它的基本原理是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中找到隨機的三個錨節(jié)點，通過信號傳遞的夾角來確認未知節(jié)點是否能夠在它 們圍成的三角區(qū)域內(nèi)，如果沒有落在此區(qū)域內(nèi)，就再重復上述操作，直到找到 一組錨節(jié)點符合要求，如圖2-5所示。假設(shè)這三個錨節(jié)點分別為A, B, C,需 要定位的節(jié)點為D,利用方向性天線從A點向D點發(fā)信號，找到對應的到達角 度，同理B, C也發(fā)射信號找到對應的到達角度，可以測出三個方向角，ZADB, ZADC, Z BDC,現(xiàn)在以AC為弦，D為圓弧上一點可以做出一個圓，通過知 道三角形ABC的內(nèi)角，可以求出N AOC的值，設(shè)為a。通過角度的測量和A, B, C三點之間的距離

45、可以確定這個圓的圓心，同理可以找到分別以BC, AB 為弦的另外兩個圓心，排除A, B,C三點組成的三角形，可以看出轉(zhuǎn)化為 Trilateration算法來進行求解了，通過上述的介紹，可以得到這樣的一個方程組 (2-3),可以得到O點的坐標和半徑，這樣未知節(jié)點D的坐標也就找到了：MiM+Oz-y- =4，(心C(2-3)(玉-看尸 +(X - % 尸=242 -cos a圖24 TMM算法MLE 算法MLE算法是一種單純的數(shù)學推導法，這個方法在本中的涉及理論很多，所 以需要進行詳細的論述，假設(shè)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能夠準確的知道所有錨節(jié)點 的位置，并把它們統(tǒng)一的命名，分別對應的坐標為(q J),

46、口2，%)， 6)，心,又)，而這些錨節(jié)點通過具體測量，可以得到它到未知節(jié)點o(z,y)的距離分別為小4，小,G根據(jù)平面上距離公式的原理，可以得出(2-4)的一組方程:(2-4)(z-Zi)2+()-y)2(z-z2)2+(y-y2)2 = Y(z - x,t)2+(z y“)2=Y按照數(shù)學遞歸的思想分別用第一個方程減去最后一個方程，再用第二個方 程減去最后一個方程，依次下去，可以的(2-5)的一組方程：2z(z” - 均)+ 2y(yn-y) = z；-z； + y + -r;2z(zn -z2) + 2y(y -y2) = z； + y;, /;2 2z(z -) + 2y(此一 片 t)

47、= z： -+ x： + r;-r;收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除推導到這步后將引進幾個矩陣，分別是表達式(2-6), (2-7), (2-8)2?！耙荒?2屹“一哥)M2(z“-z”)2(9)2(i)2()(2-6), 夕 )2- z1+ y - y+ r; - rn(2-7)N= Z；-上+才-賢+ 2，).2,Z； - 3 + yn yn-+ rn-l rn(2-8)因此(2-5)的方程群可以用MZ = N表示，根據(jù)數(shù)學理論的最小均方估計 方法可以求出z“t非測距的WCL算法WCL算法最先提出此理論的是一名美國的著名學者，當時的應用范圍是在 互聯(lián)

48、網(wǎng)的路由協(xié)議中的一個因素環(huán)節(jié)，它的定位不需要進行對待測節(jié)點的距離 測量，理論的假設(shè)是所有的已知節(jié)點可以根據(jù)需要選擇，經(jīng)選擇后待測節(jié)點位 于已知節(jié)點構(gòu)成球體中心，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，WCL算法可以應用在錨節(jié)點 密集區(qū)，這樣的精度才符合克拉美羅門限，否則應用相對較少，但可以與其他 相關(guān)算法進行聯(lián)合處理，也就是在應用某種算法估測后，得到相對集中的節(jié)點 位置，這些節(jié)點位置數(shù)據(jù)需要較多組數(shù)據(jù)，然后通過WCL算法進行二次處理, 使獲得的數(shù)據(jù)進一步密集收斂。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)置多個錨節(jié)點，這些錨節(jié)點以一定的時間間隔循環(huán)向待測節(jié)點發(fā)出信息，錨節(jié)點發(fā)布的信息是需要經(jīng)過前期處理的，也就是這 些信息必須搭載錨節(jié)

49、點的具體坐標位置和一定的鑒別標識，目的是讓未知節(jié)點 能夠分辨出這個信息是來自于那個錨節(jié)點。對于未知節(jié)點來說，按照不同的時 間間隔，大量的接收來自錨節(jié)點發(fā)出的信息，在該未知節(jié)點中要設(shè)置停止接收 的條件，也就是當待測節(jié)點獲得的信息量足夠大時，大于在該節(jié)點中設(shè)置的信 息組數(shù)或者在接收時間上大于門限值時，該節(jié)點停止接收，進行信息處理，把 所有接收到的數(shù)據(jù)進行篩選，舍棄不符合標準的信標節(jié)點，將有用數(shù)據(jù)進行計 算，得到定位坐標，其計算公式為(3-1),其中符合標準的錨節(jié)點坐標為 (4%)區(qū),4)出，%)=+&；-+4,%+%;-+4)(3-1)非測距的迪維-跳數(shù)算法迪維-跳數(shù)算法的模型分析是，首先錨節(jié)點對

50、外發(fā)出信號，當通過最短路徑 到達附近最近的錨節(jié)點時可以計算出錨節(jié)點的跳數(shù)。例如圖2-6所示，錨節(jié)點 有L、M、N三個節(jié)點，未知節(jié)點有a、b、c、d、e、Q六個節(jié)點，其中Q為需 要待測的未知節(jié)點，錨節(jié)點L與錨節(jié)點N之間的直線距離為40米，錨節(jié)點L 與錨節(jié)點M之間的直線距離為160米，錨節(jié)點M與錨節(jié)點N之間的直線距離 為100米。假設(shè)其中N節(jié)點向外發(fā)射矢量信號，N節(jié)點的信息可以通過兩條途 徑到達L節(jié)點，分別為N節(jié)點到a節(jié)點再到L節(jié)點和N節(jié)點到c節(jié)點再到b 節(jié)點再到L節(jié)點，這兩條途徑的跳數(shù)分別是2個和3個，由于是矢量發(fā)射信號 的運算，所以當L節(jié)點接收到N節(jié)點通過a節(jié)點傳遞過來的信號后，L節(jié)點就 不再

51、接收通過其他途徑來自N的信息，所以選取的跳數(shù)值為2個，同理N節(jié)點 信息到達M節(jié)點時，是通過c節(jié)點、b節(jié)點、Q節(jié)點、d節(jié)點、e節(jié)點，這樣的 傳播途徑的跳數(shù)5個(假設(shè)沒有其它途徑比這個途徑更近，這樣通過錨節(jié)點N 發(fā)出的信號最后到達附近節(jié)點M和L節(jié)點的跳數(shù)分別為2和5o在更為復雜的 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于存在很多個類似于L、M、N是我錨節(jié)點，而且信號 通過多個節(jié)點傳遞后衰減非常強烈，而錨節(jié)點N發(fā)出的信號到達數(shù)以萬計的錨 節(jié)點時計算跳數(shù)是非常復雜的，并且較遠節(jié)點的跳數(shù)這對定位Q節(jié)點的位置沒 有意義，所以迪維-跳數(shù)算法在應用時可以引進局部區(qū)域的概念，現(xiàn)在就設(shè)置了 三個錨節(jié)點，已經(jīng)得到N到其他錨節(jié)點的跳數(shù)

52、。迪維-跳數(shù)算法使用近似的平均每跳距離來代替直線距離的，所以通過圖 2-6將N點與L點的直線距離與N點與M點的直線距離取和，40m+100m為 140m,再利用這個和值近似代替N點通過未知節(jié)點的跳數(shù)距離到達L、M兩點 的總跳數(shù)距離之和，將這個和值與7 （跳數(shù)2與跳數(shù)5的和）取商得到平均每 跳的距離為20米/I。根據(jù)這個平均每跳距離，錨節(jié)點N將數(shù)據(jù)在此網(wǎng)絡(luò)里進行廣播，所有存在 與此網(wǎng)絡(luò)的未知節(jié)點都得到了這個數(shù)值，同理L節(jié)點和M節(jié)點也將自身計算出 來的平均每跳距離向網(wǎng)絡(luò)中廣播，而其中所有未知節(jié)點收到每跳距離只選擇距 離其最近的錨節(jié)點的數(shù)值，丟棄其他錨節(jié)點的數(shù)據(jù)，所以可以推導由于待測節(jié) 點Q距離N點

53、的跳數(shù)最小，所以Q點得到的平均沒跳距離就是N點發(fā)出的數(shù) 據(jù)20米。迪維-跳數(shù)算法在計算待測節(jié)點距離錨節(jié)點的直線距離時.，是通過該待測節(jié) 點得到網(wǎng)絡(luò)中廣播的跳數(shù)距離與其到達錨節(jié)點的跳數(shù)做乘法運算近似得到的。 所以由圖2-6可知，Q點到N點的跳數(shù)為2, Q點到L點的跳數(shù)為3, Q點到 M點的跳數(shù)為3,可以近似得到，Q點到N點的距離為2*20=40米，Q點到L 點的距離為60米，Q點到M點的距離為60米，最后利用231小節(jié)介紹的 Trilateration算法估算待測節(jié)點Q的位置坐標。100m圖2-6迪維-跳數(shù)算法舉例系統(tǒng)的設(shè)計標準與評價參數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)時.，往往會進行各種指標的評估，因為一

54、個網(wǎng)絡(luò)體 系結(jié)構(gòu)包括很多部分，無論是硬件配置、軟件算法、誤差分析還是系統(tǒng)的安全 性和穩(wěn)定性都是應該仔細分析設(shè)計的，缺少了其中的任何一個環(huán)節(jié)或者細節(jié)， 都會帶來很多不確定的因素，因此在進行算法設(shè)計時也應當對系統(tǒng)的評價參數(shù) 進行分析研究。分析定位系統(tǒng)的需要的精度設(shè)置，設(shè)計者在最初設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時會根據(jù)定位精 度來統(tǒng)籌安排網(wǎng)絡(luò)的組成，硬件的種類，算法的選取和穩(wěn)定性的保證。無線傳感器網(wǎng)路的規(guī)?？纱罂尚?，但螞蟻雖小可五臟俱全，也就是說任何 一個WSN都必須具備全面的功能硬件實現(xiàn)，因此對于網(wǎng)絡(luò)的不知范圍和應用 背景是系統(tǒng)設(shè)計開始就應該考慮的問題，其包括傳感器的數(shù)量、系統(tǒng)設(shè)備的指 標、基站結(jié)構(gòu)的部署等等。網(wǎng)絡(luò)部署

55、是根據(jù)應用的范圍勢必會計算布置多少單元傳感器，如果相對小 的范圍內(nèi)布置較多的傳感器，那就是要提高傳感器節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)一定區(qū)域的密度, 有的網(wǎng)絡(luò)局部密度相當之大，這就代表在此區(qū)域有進行精確的目標估計和數(shù)據(jù) 收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員出除獲取，反之則是區(qū)域中不需要很精準的數(shù)據(jù)。在普通節(jié)點的數(shù)量已經(jīng)按照網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計意圖之后，設(shè)計者就要考慮錨節(jié)點 在這些節(jié)點中所占的比例，假設(shè)需要定位的傳感器要求精度較高，那錨節(jié)點的 部署就會增加，而如果已知一些常用的數(shù)據(jù)采集經(jīng)驗函數(shù)，那么為了節(jié)約成本 和減少計算量，錨節(jié)點所占的比例就會相應下降。其次設(shè)計者在組網(wǎng)的思路上會考慮成本和開

56、銷，網(wǎng)絡(luò)部署時要綜合考慮基 礎(chǔ)設(shè)施的成本，軟件界面開發(fā)的成本、部署完成的時間成本、網(wǎng)絡(luò)維護需要的 成本等這些重要參數(shù)不言而喻。最后設(shè)計者會把系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、保密性等參數(shù)進行大量的仿真實 驗。總之，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的設(shè)計，是一個復雜繁瑣的研究過程，只 有把以上各方面的需求綜合考慮，平衡各項性能參數(shù)，合理的規(guī)劃步驟、充裕 的時間保障才能完成這個科學性的設(shè)計。本章小結(jié)本章首先給出了 WSN的一個宏觀輪廓，該網(wǎng)絡(luò)就是一個能夠通過其分布 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，按照供應用戶的數(shù)據(jù)需求，將節(jié)點采集到的各種實驗數(shù)據(jù)進行科 學的處理和反饋，提出了網(wǎng)絡(luò)的核心是用戶的需求，而網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵是傳感器的 功能，定位算法恰

57、恰就是將這個核心需求與傳感單元連接起來的紐帶。本文還 重點研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個基本組成部分，分析了各項單元需要完成的 功能，總結(jié)了這些單元在網(wǎng)絡(luò)中所起到的作用，各個單元相互獨立乂互相承接, 缺一不可。詳細展開了組網(wǎng)所必須的各項步驟，各個環(huán)節(jié)緊密集合，合理搭配。 討論了網(wǎng)絡(luò)與其他普通網(wǎng)絡(luò)相比的優(yōu)勢。其次本章分析研究了定位系統(tǒng)的各種算法，將其分成了基于測距和不用測 距兩類，通過性能比較可以得出基于測距功能的算法應用相對有限，絕大多數(shù) 都停留在理論分析階段，而井測距的算法其定位精度和計算開銷有著非常大的 優(yōu)勢，并且在此基礎(chǔ)上提出了一些改進的算法，從實際應用中可以印證該方法 行之有效。最后給出了

58、定位系統(tǒng)的設(shè)計標準和評價體系，得出的結(jié)論是定位系統(tǒng)的設(shè) 計是一個科學的復雜的綜合實施過程，需要合理的平衡各項性能參數(shù)才能做到 真正的是WSN在實際中進行應用，為下一章的TDOA算法提供了設(shè)計的思路。第3章TDOA定位算法TDOA算法概述基于兩個信號時間到達節(jié)點的時間差而完成的測量方法叫做TDOA定位技 術(shù)，這種方法在無線定位中應用非常廣泛，在蜂窩定位系統(tǒng)、WCDMA技術(shù)、 無線測距雷達、路基多點定位等定位系統(tǒng)中中有著極為有效的應用【26，所以將 其擴展到傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位應用之中，并重點討論研究TDOA技術(shù)的多種經(jīng)典 算法，將多種算法進行邏輯疊加分析，嘗試在少量錨節(jié)點的測試網(wǎng)絡(luò)中達到相 對準確的

59、定位精度，最后提高到適當增大錨節(jié)點數(shù)量準確定位多個節(jié)點位置。在本論文的前半部分重點分析了目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本定位技術(shù)和改 進的一些技術(shù)，但相對TDOA這種定位技術(shù)和算法，前兒種技術(shù)均有不同的缺 點和劣勢。對于TDOA技術(shù)的算法，本章將重點展開，與前幾種算法的對比將會在錨 節(jié)點的數(shù)量上進行比較，適當降低錨節(jié)點數(shù)量，降低測距算法對于實際距離和 時間同步的依賴特性。通過將三種算法的分析比較，找到各種算法的技術(shù)指標, 將多種算法進行模糊疊加，把時間同步需求降低，實現(xiàn)把兩種信號到達為止節(jié) 點的時延分析代替分析傳統(tǒng)的測距方法，建立相對復雜的數(shù)學比較邏輯模型， 在同等的測試環(huán)境中，獲得較高的定位精度，降

60、低定位技術(shù)的誤差，平衡系統(tǒng) 設(shè)計帶來的計算量開箱和對時間檢測精確程度的較高要求。TDOA算法的時延估計在TDOA系統(tǒng)的設(shè)計中，多數(shù)理論都是假設(shè)多種信號源的發(fā)射的時間一直, 也就是將信號源發(fā)射的起始時間進行一直校準，是系統(tǒng)時間能夠同步，通過測 量信號到達節(jié)點的時間延遲進行分析，兩種信號時延被計算系統(tǒng)做互相關(guān)理論 分析、科學計算、準確估計得到精確的TDOA數(shù)據(jù)。這樣的假設(shè)在實際系統(tǒng)中 應用是可以實現(xiàn)的，但需要信號攜帶數(shù)據(jù)報頭，準確獲得時間同步的參考點， 收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員把除這樣會提高系統(tǒng)設(shè)計的能耗和傳感器設(shè)計成本，實現(xiàn)此系統(tǒng)會很難做到。因此, 將