DV-Hop算法位置服务系统的设计与实现 (3)

汇聚节点:相比于传感器节点,其能力都可以说相对较强如处理能力,存储容量和通信能力。与此同时,管理节点的监测任务被发送到传感器节点,由WS


汇聚节点:相比于传感器节点,其能力都可以说相对较强如处理能力,存储容量和通信能力。与此同时,管理节点的监测任务被发送到传感器节点,由WSN收集的数据被发送到外部网络。

管理节点:构建传感器网络的人通过此节点访问无线传感器网络的资源,以达到动态管理整个WSN的目的。

值得注意的是,传感器节点随后被划分为信标节点和未知节点,根据它们的位置信息的已知与未知。信标节点是在定位的设备中嵌入的传感器节点,它可以通过自己的位置获取准确的位置信息,而且在整个传感器中占比都很小。未知的人不知道自己的信息,他必须接受网络节点的位置信息和定位算法来获取他自己的信息。

无线传感器网络具有以下特点:

分布式、自组织性。无线传感器网络管理和组网都非常简单灵活。每个节点都具有路由的基本功能,不依赖于固定的基础设施就可以通过自我部署和协调形成无线传感器网络。

可扩展性。当新的无线传感器节点被添加到网络时,不需要其他外部条件。使新节点能够快速集成到网络中并参与整体工作。

规模大。通常在网络实现区域放置数千个乃至数万个传感器节点,数量极大,以此达到提高网络的可靠性的目的。传感器网络也因此可以提高检测精度,这是因为无线传感器网络大规模的性质使其可以从不同的空间角度获得更大的信噪比。

高冗余。由于传感器网络的大规模性质使得其通常具有大量冗余的节点、网络链路以及收集的数据,这使得系统的容错性非常高。

位置服务的定位算法

定位服务的定位侧重于研究目标地点或特殊环境区域的定位。该算法的主要目的是找到一种合适的算法来克服各种干扰引起的定位误差,保证定位的准确性和鲁棒性。以下是对一系列定位算法的系统总结。

位置服务定位的基本方法是根据一个具有少量已知位置的节点的特征参数计算方法,利用其自己的无线电波信号传输来计算未知节点的位置。其基本步骤主要包括距离估计、定位和优化三部分。以下是实施这三部分的主要方法的详细描述。

距离估计步骤算法

该步骤主要使用距离估计的算法来估计节点与节点之间的大致距离,然后根据这些估测的距离估计目标节点的大致位置。

常用的距离估计算法有:到达时间(TOA),TDOA,AOA、基于接收信号衰减算法( RSSI)、 DV- Hop算法、 Amorphous算法及 APIT算法等。其中,RSSI技术和DV-Hop算法更常用。RSSI定位算法硬件要求低,经济实用,在室内环境中得到较多的应用;DV-Hop策略主要利用已知位置点间得到的平均每跳距离,再乘以与待定位点间的跳数,得到这两点间的测距值。DV-Hop算法广泛用于户外应用。

定位步骤算法

从未知节点到信标节点的距离值称为测距阶段,在测距阶段结束后进入定位阶段,即通过使用测距值和相应的未知节点坐标来计算位置节点的位置。常用的方法有三边测距定位法,Min-max定位法,极大似然估计法和三角形质心定位法,本位置服务系统使用定位算法是极大似然估计法。

(1)三边测量定位法

如图2.2所示,A、B、C为信标节点,坐标分别为 (x_1,y_1 ),(x_2,y_2 ),(x_3,y_3 )。D是要定位的未知节点,坐标是(x_0,y_0 ),三个信标节点到该未知节点的距离分别是d_1,d_2,d_3。