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無線感測網路定位技術

發布時間:2024-02-25 08:50:12

1. 無限感測器網路定位的作用是什麼

在許多場合下,感測器節點被隨機部署在某個區域,節點事先無法知道自身的位置,因此需要在部署後通過定位技術來獲取自身的位置信息。目前最常見的定位技術就是GPS(Global Positioning System)了,它能夠通過衛星對節點進行定位,並且能夠達到比較高的精度。因此要想對感測器節點進行定位,最容易想到的方法就是給每個節點配備一個GPS接收器,但是這種方法不適用於感測器網路,主要原因有以下幾點:

1)GPS接收器通常能耗高,而對於無線感測器網路中的節點來說,一般能耗很有限,給每個節點配備一個GPS接收器會大大縮短網路壽命;

2)GPS接收器成本比較高,給無線感測器網路中的每個節點配備一個GPS接收器,需要投入很大成本,尤其對於大規模的無線感測器網路來說不是很適合;

因此有必要研究適合無線感測器網路的定位技術。下面分兩個部分來介紹節點定位的相關研究:1)節點定位的基本概念;2)節點定位的基本思路;3)常見演算法。望採納

2. 無線感測器網路定位技術和全球定位系統的區別

區別是定位方式不同。全球定位系統GPS是目前應用得最為廣泛的最成熟的定位系統,具有定位精度高、實時性好、抗干擾能力強等優點。無線感測器網路定位是為每個節點裝載全球衛星定位系統GPS接收器,用以確定節點位置。

3. 定位技術的評價標准

無線感測器網路定位性能的評價標准主要分為7 種, 下面分別進行介紹。
1) 定位精度。定位技術首要的評價指標就是定位精確度, 其又分為絕對精度和相對精度。絕對精度是測量的坐標與真實坐標的偏差, 一般用長度計量單位表示。相對誤差一般用誤差值與節點無線射程的比例表示, 定位誤差越小定位精確度越高。
2) 規模。不同的定位系統或演算法也許可以在一棟樓房、一層建築物或僅僅是一個房間內實現定位。
另外, 給定一定數量的基礎設施或一段時間, 一種技術可以定位多少目標也是一個重要的評價指標。
3) 錨節點密度。錨節點定位通常依賴人工部署或使用GPS 實現。人工部署錨節點的方式不僅受網路部署環境的限制, 還嚴重製約了網路和應用的可擴展性。而使用GPS 定位, 錨節點的費用會比普通節點高兩個數量級, 這意味著即使僅有10%的節點是錨節點, 整個網路的價格也將增加10 倍, 另外, 定位精度隨錨節點密度的增加而提高的范圍有限, 當到達一定程度後不會再提高。因此, 錨節點密度也是評價定位系統和演算法性能的重要指標之一。
4) 節點密度。節點密度通常以網路的平均連通度來表示, 許多定位演算法的精度受節點密度的影響。
在無線感測器網路中, 節點密度增大不僅意味著網路部署費用的增加, 而且會因為節點間的通信沖突問題帶來有限帶寬的阻塞。
5) 容錯性和自適應性。定位系統和演算法都需要比較理想的無線通信環境和可靠的網路節點設備。
而真實環境往往比較復雜, 且會出現節點失效或節點硬體受精度限制而造成距離或角度測量誤差過大等問題, 此時, 物理地維護或替換節點或使用其他高精度的測量手段常常是困難或不可行的。因此, 定位系統和演算法必須有很強的容錯性和自適應性, 能夠通過自動調整或重構糾正錯誤, 對無線感測器網路進行故障管理, 減小各種誤差的影響。
6) 功耗。功耗是對無線感測器網路的設計和實現影響最大的因素之一。由於感測器節點的電池能量有限, 因此在保證定位精確度的前提下, 與功耗密切相關的定位所需的計算量、通信開銷、存儲開銷、時間復雜性是一組關鍵性指標。
7) 代價。定位系統或演算法的代價可從不同的方面來評價。時間代價包括一個系統的安裝時間、配置時間、定位所需時間; 空間代價包括一個定位系統或演算法所需的基礎設施和網路節點的數量、硬體尺寸等; 資金代價則包括實現一種定位系統或演算法的基礎設施、節點設備的總費用。
上述7 個性能指標不僅是評價無線感測器網路自身定位系統和演算法的標准, 也是其設計和實現的優化目標。為了實現這些目標的優化, 有大量的研究工作需要完成。同時, 這些性能指標相互關聯, 必須根據應用的具體需求做出權衡以設計合適的定位技術。

4. 無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路被普遍認為是二十一世紀最重要的技術之一,是目前計算機網路、無線通信和微電子技術等領域的研究熱點。下面我為大家搜索整理了關於無線感測器網路的特點及關鍵技術,歡迎參考閱讀!

一、無線感測器網路的特點

與其他類型的無線網路相比,感測器網路有著鮮明的特徵。其主要特點可以歸納如下:

(一)感測器節點能量有限。當前感測器通常由內置的電池提供能量,由於體積受限,因而其攜帶的能量非常有限。如何使感測器節點有限的能量得到高效的利用,延長網路生存周期,這是感測器網路面臨的首要挑戰。

(二)通信能力有限。無線通信消耗的能量與通信距離的關系為E=kdn。其中,參數n的取值為2≤n≤4,n的取值與許多因素有關。但是不管n具體的取值,n的取值范圍一旦確定,就表明,無線通信的能耗是隨著距離的增加而更加急劇地增加的。因此,在滿足網路連通性的要求下,應盡量採用多跳通信,減少單跳通信的距離。通常,感測器節點的通信范圍在100m內。

(三)計算、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求,感測器節點往往體積小;另一方面出於成本控制的目的`,節點的價格低廉。這些因素限制了節點的硬體資源,從而影響到它的計算、存儲和通信能力。

(四)節點數量多,密度高,覆蓋面積廣。為了能夠全面准確的監測目標,往往會將成千上萬的感測器節點部署在地理面積很大的區域內,而且節點密度會比較大,甚至在一些小范圍內採用密集部署的方式。這樣的部署方式,可以讓網路獲得全面的數據,提高信息的可靠性和准確性。

(五)自組織。感測器網路部署的區域往往沒有基礎設施,需要依靠感測器節點協同工作,以自組織的方式進行網路的配置和管理。

(六)拓撲結構動態變化。感測器網路的拓撲結構通常是動態變化的,例如部分節點故障或電量耗盡退出網路,有新的節點被部署並加入網路,為節約能量節點在工作和休眠狀態間進行切換,周圍環境的改變造成了無線通信鏈路的變化,以及感測器節點的移動等都會導致感測器網路拓撲結構發生變化。

(七)感知數據量巨大。感測器網路節點部署范圍大、數量多,且網路中的每個感測器通常都產生較大的流式數據並具有實時性,因此網路中往往存在數量巨大的實時數據流。受感測器節點計算、存儲和帶寬等資源的限制,需要有效的分布式數據流管理、查詢、分析和挖掘方法來對這些數據流進行處理。

(八)以數據為中心。對於感測器網路的用戶而言,他們感興趣的是獲取關於特定監測目標的真實可靠的數據。在使用感測器網路時,用戶直接使用其關注的事件作為任務提交給網路,而不是去訪問具有某個或某些地址標識的節點。感測器網路中的查詢、感知、傳輸都是以數據為中心展開的。

(九)感測器節點容易失效。由於感測器網路應用環境的特殊性以及能量等資源受限的原因,感測器節點失效(如電池能量耗盡等)的概率遠大於傳統無線網路節點。因此,需要研究如何提高數據的生存能力、增強網路的健壯性和容錯性以保證部分感測器節點的損壞不會影響到全局任務的完成。此外,對於部署在事故和自然災害易發區域的無線感測器網路,還需要進一步研究當事故和災害導致大部分感測器節點失效時如何最大限度地將網路中的數據保存下來,以提供給災害救援和事故原因分析等使用。

二、關鍵技術

無線感測器網路作為當今信息領域的研究熱點,設計多學科交叉的研究領域,有非常多的關鍵技術有待研究和發現,下面列舉若干。

(一)網路拓撲控制。通過拓撲控制自動生成良好的拓撲結構,能夠提高路由協議和MAC協議的效率,可為數據融合、時間同步和目標定位等多方面奠定基礎,有利於節省能量,延長網路生存周期。所以拓撲控制是無線感測器網路研究的核心技術之一。目前,拓撲控制主要研究的問題是在滿足網路連通度的前提下,通過功率控制或骨幹網節點的選擇,剔除節點之間不必要的通信鏈路,生成一個高效的數據轉發網路拓撲結構。

(二)介質訪問控制(MAC)協議。在無線感測器網路中,MAC協議決定無線信道的使用方式,在感測器節點之間分配有限的無線通信資源,用來構建感測器網路系統的底層基礎結構。MAC協議處於感測器網路協議的底層部分,對感測器網路的性能有較大影響,是保證無線感測器網路高效通信的關鍵網路協議之一。感測器網路的強大功能是由眾多節點協作實現的。多點通信在局部范圍需要MAC協議協調其間的無線信道分配,在整個網路范圍內需要路由協議選擇通信路徑。

在設計MAC協議時,需要著重考慮以下幾個方面:

(1)節省能量。感測器網路的節點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量,能量有限。

(2)可擴展性。無線感測器網路的拓撲結構具有動態性。所以MAC協議也應具有可擴展性,以適應這種動態變化的拓撲結構。

(3)網路效率。網路效率包括網路的公平性、實時性、網路吞吐量以及帶寬利用率等。

(三)路由協議。感測器網路路由協議的主要任務是在感測器節點和Sink節點之間建立路由以可靠地傳遞數據。由於感測器網路與具體應用之間存在較高的相關性,要設計一種通用的、能滿足各種應用需求的路由協議是困難的,因而人們研究並提出了許多路由方案。

(四)定位技術。位置信息是感測器節點採集數據中不可或缺的一部分,沒有位置信息的監測消息可能毫無意義。節點定位是確定感測器的每個節點的相對位置或絕對位置。節點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機制也必須要滿足自組織性,魯棒性,能量高效和分布式計算等要求。

(五)數據融合。感測器網路為了有效的節省能量,可以在感測器節點收集數據的過程中,利用本地計算和存儲能力將數據進行融合,取出冗餘信息,從而達到節省能量的目的。

(六)安全技術。安全問題是無線感測器網路的重要問題。由於採用的是無線傳輸信道,網路存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時,網路的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點使安全問題的解決更加復雜化了。

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5. 無線感測器網路為什麼需要定位技術

無線感測網路可以部署在室內的環境,在室內環境中,GPS是無法進行定位的,而且GPS做定位成本不低啊。如果能做到室內使用WSN進行定位,那可以進行更多的應用。舉個例子,森林火災報警,裡面部署了上百個節點,如果用靜態地址來設置,部署會很麻煩,但如果有定位演算法,火災發生後,節點進行報警,那管理員就在通過節點確認火災現場,定位精度不需要高,在50~100米的誤差內就可以接受了。

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