計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)作業(yè)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測(cè)距方法兩個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)可以如何測(cè)量距離？經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

100832班胡開淵無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，并報(bào)告給用戶。不知道傳感器節(jié)點(diǎn)位置而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的節(jié)點(diǎn)的自定位功能被認(rèn)為是系統(tǒng)的基本功能之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的研究非常重要，并且已成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)支撐技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)分為基于距離的定位和非基于距離的定位?；诰嚯x的無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)一般分為兩個(gè)階段。首先是測(cè)量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的距離;然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的距離和現(xiàn)有的傳感器節(jié)點(diǎn)定位算法，如三邊測(cè)量法等計(jì)算出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某節(jié)點(diǎn)的位置。節(jié)點(diǎn)測(cè)距技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于距離的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的基礎(chǔ)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的測(cè)距方法超聲波測(cè)距法RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)接收信號(hào)強(qiáng)度TOA(TimeOfArrival)到達(dá)時(shí)間TDOA(TimeofDifferenceOfArrival)到達(dá)時(shí)間差A(yù)OA(AngleOfArrival)到達(dá)角度超聲波測(cè)距法原理：當(dāng)發(fā)射節(jié)點(diǎn)發(fā)射的超聲波遇到障礙物時(shí)就會(huì)發(fā)生反射，反射波可由接收器接收，這樣只要測(cè)出超聲波從發(fā)送點(diǎn)到反射回來的時(shí)間間隔△t，就能測(cè)距。超生波從發(fā)射處到障礙物之間的距離s=c△t/2(c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度)。優(yōu)點(diǎn)：利用超聲波測(cè)距很精確，測(cè)量誤差只有10cm，缺點(diǎn)：超聲波是一種聲波，而聲速c受環(huán)境溫度、濕度等因素的影響。測(cè)距時(shí)需要額外的硬件支持，增加了節(jié)點(diǎn)的硬件成本和尺寸。RSSI測(cè)距法(最基本的方法)原理：已知發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出信號(hào)的傳播損耗，利用理論和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)間的距離。其理論模型為：

p（d）=p（d0）-10nlog（d/d0）式中：p(d)表示在距離d處的信號(hào)強(qiáng)度;n表示路徑長度和路徑損耗之間的比例因子，范圍在2~4之間;p(d0)表示在距離d0處的信號(hào)強(qiáng)度;d表示需要計(jì)算的節(jié)點(diǎn)與基站間的距離;d0表示參考節(jié)點(diǎn)與基站間的距離。優(yōu)點(diǎn)：基本不需要額外的硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)方法簡單，傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有無線通信能力，故它是一種低功率、廉價(jià)的測(cè)距技術(shù)。缺點(diǎn)：在實(shí)際環(huán)境中，它易受溫度、無線信號(hào)的反射、障礙物(如陸地建筑物)、傳播模式等諸多因素的影響，因此該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在困難；有可能產(chǎn)生±50%的測(cè)距誤差，通常將其看作為一種粗糙的測(cè)距技術(shù)。TOA測(cè)距法原理：在已知信號(hào)傳播速度的條件下,根據(jù)信號(hào)的傳播時(shí)間來計(jì)算接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的距離。然后利用三邊測(cè)量法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置。優(yōu)點(diǎn)：精確性高，TOA定位只需要收發(fā)節(jié)點(diǎn)的同步,對(duì)帶寬的消耗比較小,適用于窄帶系統(tǒng)的定位。缺點(diǎn)：對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗的要求相當(dāng)高。

TDOA測(cè)距法原理：利用兩種不同的信號(hào)到達(dá)同一節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的時(shí)間差,或同一信號(hào)到達(dá)不同節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的時(shí)間差來確定未知節(jié)點(diǎn)的具體位置。1.利用兩種不同的信號(hào)到達(dá)同一節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的時(shí)間差定位。發(fā)射節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號(hào),接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)兩種信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差以及已知這兩種信號(hào)的傳播速度,計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的距離,然后利用基本定位算法求得未知節(jié)點(diǎn)的具體位置。公式：d=cv△t/（c-v）v、c分別為超聲波和電磁波在空氣中的傳播速度?！鱰為兩種信號(hào)到達(dá)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差。2.利用同一信號(hào)到達(dá)不同節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的時(shí)間差定位TDOA還可以運(yùn)用于不同的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)同一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的定位。由未知節(jié)點(diǎn)與2個(gè)不同的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間差值可以以建立以2個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置為焦點(diǎn)的雙曲線方程,需要定位的未知節(jié)點(diǎn)就在這對(duì)雙曲線的某一條分支上。若有3個(gè)不同的信標(biāo)節(jié)點(diǎn),則可建立兩個(gè)雙曲線方程,求解雙曲線的交點(diǎn)即可得知