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1、物联网定位技术物联网定位技术物联网技术导论(第二版)1p 定位的概念与发展历史定位的概念与发展历史p 定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用p 卫星导航系统卫星导航系统p 蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术pRFIDRFID定位技术定位技术p无线传感网定位技术无线传感网定位技术p定位技术的发展前景定位技术的发展前景定位的概念与发展历史定位的概念与发展历史物联网技术导论(第二版)2p 定定位位的的概概念念：我们把物联网中用于获取物体位置的技术统称为定位技术。物联网中的定位技术也是一个很广泛的概念，它既包括大型的提供全球定位/导航服务的卫星定位系统如美国的GPS和我国的北斗等，也包括用于在
2、小范围内确定物体位置的技术，如近些年发展起来的蜂窝网中的无线定位，无线传感器网络中的节点定位技术和基于RFID标签的定位技术等。定位的概念与发展历史定位的概念与发展历史物联网技术导论(第二版)3p 定位技术发展简史定位技术发展简史1.无线电技术出现以后，人们认识到利用这种技术可以进行更大范围的和更加精确的定位。2.随着人造卫星技术的发展，人们开始利用人造卫星来构建更精确，覆盖范围更广的定位/导航系统。3.随着蜂窝移动通信技术的快速发展，手机用户极大增加。定位业务即是通信运营商所必需提供的一种重要的数据业务。定位的概念与发展历史定位的概念与发展历史物联网技术导论(第二版)4p 罗罗兰兰系系统统：
3、最早的基于无线电技术的定位系统是罗兰远程导航系统（LORAN, LOng RAnge Navigation），建立于20世纪40年代，其最初的目的是用于海军中的中程无线电导航。定位的概念与发展历史定位的概念与发展历史物联网技术导论(第二版)5如图，A和B是一对基站，同时发送信号。用户根据收到信号的时间差来确定自己的位置是在哪个双曲线上。图中不同的双曲线对应于不同的时间差。定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)6p 在军事领域的应用在军事领域的应用定位技术在军事领域的应用很多。比如，利用GPS系统，可以有效的提高导弹的制导精度并提供更加灵活的制导方式。定位技术也
4、可以提供对士兵的实时位置监测，提高军队中单兵作战系统所必要的信息。定位技术在军事中的另一个应用是通过移动无线定位来确定敌方重要人物或者目标的位置并进行精确打击。定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)7无无线线自自组组织织网网络络在在军军事事行行动动中中的的应应用用。利利用用定定位位技技术术，指指挥挥官可以快速的了解单兵的位置信息并发布相应的命令。官可以快速的了解单兵的位置信息并发布相应的命令。定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)8p 灾难救援灾难救援当发生地震或海啸等突发灾难时，需要快速的确定幸存人员的位置以便进行救援，这就
5、要求能够快速的对很大区域范围内的幸存人员的生命特征进行检测并快速传回指挥中心。这种情况下一个有效的解决方案是部署一个无线自组织网，网中的节点可以确定自己的位置，并且根据自己的位置来确定幸存人员的位置报告给指挥中心。定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)9北斗通信系统在汶川抗震救灾中的应用北斗通信系统在汶川抗震救灾中的应用定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)10p 定位技术在智能交通中的应用定位技术在智能交通中的应用定位技术在智能交通系统中也有着重要的作用。为了有效的对车辆进行导航和追踪，需要实时的确定车辆的位置。定位技术在车
6、载网络通信协议的设计中也扮演着至关重要的角色。定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)11智能交通系统示意图。车辆之间可以进行相互通信；车辆与于路边节点之间也可以进行通信，组成车载网络。定位技术在智能交通系统中发挥着重要作用。定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)12p 定位技术在智能物流中的应用定位技术在智能物流中的应用随着物联网的发展，现有的物流产业越来越向智能化和一体化发展。物流系统中重要的两个部分是货物配送和仓储管理，而定位技术在这两个部分中都发挥着重要的作用。在货物配送系统中，我们需要知道当前货物所在的位置和目的地来智
7、能的确定最优的配送路线。并且，用户有时候希望能够实时对所配送的货物已到达的位置进行追踪。定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)13典型智能物流系统示意图典型智能物流系统示意图定位技术在物联网中的应用定位技术在物联网中的应用物联网技术导论(第二版)14p 基于位置的服务基于位置的服务基于位置的服务(Location Based Service，LBS)2-3是在获取移动终端用户的位置信息的基础上，在地理信息系统 (Geographic Information System，GIS)平台的支持下为用户提供相应服务的一种增值业务。随着智能手机的普及和智能手机上定位功
8、能的普及，基于位置的服务吸引了越来越多的关注。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)15p 主要几种卫星导航定位系统主要几种卫星导航定位系统目前世界上主要的卫星导航系统主要有4个：美国的GPS(Global Positioning System)全球定位系统，欧洲的伽利略（Galileo）定位系统，俄罗斯的GLONASS定位系统和中国的北斗定位系统。其中美国的GPS是目前最成熟，应用最广的定位系统，而其它三个定位系统仍然还在建设中。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)16p GPS GPS全球定位系统简介全球定位系统简介GPS是美国国防部主要为满足军事需要而建立的新一代卫
9、星导航与定位系统， 它具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的能力。它是1973年美国国防部（Department of Defense）协同有关军方机构共同研究开发新一代的卫星导航系统。全称叫作“授时与测距导航系统/全球定位系统（ NAVSTAR/GPSNavigation System Timing and Ranging/Global Positioning System），简称全球定位系统（GPS）。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)17p GPS GPS全球定位系统简介全球定位系统简介到1994年GPS基本建成，目前已成为使用最广泛，定位性能最好的一个全球卫星定位
10、系统。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)18p GPS GPS的组成的组成GPS系统主要由空空间间星星座座部部分分、地地面面监监控控部部分分和用用户户设设备备部部分分组成。GPS 系统的星座部分主要由24 颗卫星构成，其中21 颗为工作卫星，另外3 颗为备用卫星，用于在必要时根据指令替代发生故障的卫星。这24颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，每个轨道面包含4颗卫星。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)19GPSGPS中的卫星分布图中的卫星分布图卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)20p GPS GPS的组成的组成：GPS 的地面监控部分主要由分布全球的6个
11、地面站构成，其中包括卫星监测站、主控站、备用主控站和信息注入站。主控站位于美国科罗拉多州的谢里佛尔空军基地，是整个地面监控系统的管理中心和技术中心。注入站目前有4个，其作用是把主控站计算得到的卫星星历、导航电文等信息注入到相应的卫星。注入站同时也是监测站，监测站的主要作用是采集GPS卫星数据和当地的环境数据，然后发送给主控站。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)21p GPS GPS的组成的组成用户设备部分用户设备主要是GPS接收机，它是一种特制的无线电接收机，主要作用是从GPS卫星收到信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间。用户设备部分的主要设备是GPS 接收机。卫星导航系
12、统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)22p GPS GPS的定位原理的定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，并测出信号从该观测点到4个卫星的传播时间，便利用GPS接收器测量出的到卫星的距离，来计算待测点的位置。如图所示，假设在t时刻在待测点位置上观测到4个卫星，可以列出对应的4个方程来求得观测点的位置。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)23GPSGPS定位原理（定位原理（ R1 R1，R2R2，R3R3和和R4R4为所测伪距）为所测伪距）卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)24p GPS GPS的定位原理的定位原理GPS中利用信
13、号在卫星和接收机之间的往返时间来计算距离的。在某一时刻，卫星发送一长串称为伪随机码的数字序列，而同时接收机也在同一时刻产生相同的数字序列。当卫星信号到达接收机时，由于传输的延迟，从卫星信号接收到的数字序列会比接收机产生的信号的时间滞后。时间延迟的长度就是信号传送的时间。接收机将这一时间乘以光速就可以计算出信号传送的距离。假设信号是以直线传送的，则这一结果即为接收机到卫星的距离。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)25p GPS GPS的定位原理的定位原理：GPS定位可分为单点定位和相对定位（或称差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观
14、测量，可用于车船等的概略导航定位。利用单独的GPS接收机定位的精度为30米左右。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)26p GPS GPS差分定位技术差分定位技术为了有效提高定位精度，提出了差分定位技术。其基本原理是用一个已知位置的固定接收机站来测算GPS的误差。差分定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。具有伪距差分功能的GPS 接收机的定位精度在110米之间。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)27p GPS GPS的主要特点的主要特点1.能够全球、
15、 全天候工作。能够覆盖全球98%的面积。2.定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。3.操作简便，应用广泛。只需要一台GPS接收机即可准确确定用户所在的位置。已经广泛的应用于军事工程，道路工程，车辆。船舶导航等多种应用中。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)28p 北斗卫星导航系统简介北斗卫星导航系统简介北 斗 卫 星 导 航 系 统 BeiDou（ COMPASS） Navigation Satellite System是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。其建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的卫星导航
16、系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)29p 北斗卫星导航系统简介北斗卫星导航系统简介北斗卫星导航系统包括北斗卫星导航试验系统（北斗一号）和北斗卫星导航定位系统（北斗二号）。第一代的北斗卫星导航试验系统（也称双星定位导航系统）覆盖范围较小，仅能覆盖我国周围附近地区。在第一代北斗卫星导航试验系统的基础上，我国正在建设第二代可以提供全球定位和导航功能的北斗二号系统。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务
17、能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)30p 北斗卫星导航系统组成北斗卫星导航系统组成北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)31p 北北斗斗一一号号：北斗卫星导航试验系统（双星定位导航系统）是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。该系统主要由由空间星座、地面控
18、制中心系统和用户终端三部分构成。与GPS定位系统中由接收机自主计算自身位置不同，北斗系统中接收机的定位是由控制器计算后传递给用户的方式来完成的。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)32p 北北斗斗二二号号：以北斗导航试验系统为基础，我国开始逐步实施北斗卫星导航系统的建设，首先满足中国及其周边地区的导航定位需求，并进行系统的组网和测试，逐步构建一个类似GPS的全球卫星导航定位系统，称为北斗卫星导航定位系统，简称北斗二号。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)33p 北斗定位系统与北斗定位系统与GPSGPS定位系统的比较定位系统的比较：与GPS相比，北斗具有如下优点：1）北斗
19、导航系统可以提供导航定位服务，其精度可以达到重点地区水平10米，高程10米，其他大部分地区水平20米，高程20米；测速精度优于0.2米/秒。这和美国GPS的水平是差不多的。2）第二，授时服务。授时精度可达到单向优于50纳秒，双向优于10纳秒。3）第三，短报文通信服务。这一功能能够保证在我国及周边地区具备每次120个汉字的短信息交换能力。卫星导航系统卫星导航系统物联网技术导论(第二版)34p 北斗定位系统与北斗定位系统与GPSGPS定位系统的比较定位系统的比较：与GPS相比，北斗具有如下优点：4）第四，具备一定的保密、抗干扰和抗摧毁能力；系统的导航定位用户容量不再受到限制，并且保证用户设备的体积
20、小、质量轻、功耗低，满足手持、机载、星载、弹载等各种载体需要。北斗也具有一些缺点，如用户数受限，由于采用主动定位方式而使得对主控中心的依赖性更高等问题。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)35p 蜂窝系统定位技术简介蜂窝系统定位技术简介蜂窝系统定位一般是指在蜂窝系统中利用无线电信号来确定一个移动对象（通常是手机，也称作移动台)所在的地理位置。根据获得移动台位置信息方式的不同，蜂窝定位系统大致可分为3类：基于移动台的定位系统，基于网络的定位系统和移动台辅助定位系统。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)36p 蜂窝系统定位技术简介蜂窝系统定位技术简介：基于移
21、动台的定位系统：移动台利用来自多个基站的信号，计算自己的位置，称为基于移动台的定位，由移动台执行测量并计算定位结果，也称为以移动台为中心的定位系统，或移动台自定位系统，在蜂窝网络中也叫前向链路定位系统。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)37p 蜂窝系统定位技术简介蜂窝系统定位技术简介：基于网络的定位系统：网络利用移动台传来的信号，计算移动台位置的定位称为基于网络的定位，由一个或多个基站执行测量，在网络侧进行定位结果的计算，也称为以网络为中心的定位系统，在蜂窝网络中也叫反向链路定位系统。移动台辅助定位系统是指由移动台执行测量，测量结果发送到网络侧进行计算一种定位技术。此技术
22、一般不支持现有的移动台。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)38p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于GPS的定位技术GPS是一种比较成熟的定位技术，能够在全球范围内提供较为准确的定位。然而，将GPS直接应用于蜂窝系统的定位存在着如下一些缺点:1.GPS定位不能应用于室内，2.在容易受到城市里的高楼等环境的影响，定位精度下降较大。3.GPS定位系统的实时性不强，为了适用于蜂窝系统定位，有必要对实时性进行改进。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)39p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于GPS的定位技术差分GPS技术的原理是使用基准
23、接收机来消除GPS定位中的公共误差。其中GPS基准接收机为固定的基站，知到自己的准确地理坐标，因此能计算出GPS的定位结果和自身真实的地理位置的差值。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)40p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于GPS的定位技术辅助GPS定位技术是为了克服GPS定位技术中存在的启动时间过慢的缺点，提高定位的实时性。其主要思想是建立一个全球卫星定位系统参考网络，该网络与移动通信网相连，通信网的移动台内置一个全球卫星定位系统接收机。通信网将GPS参考网络产生的辅助数据如差分校正数据、卫星运行状况传送给移动台，再将通信网数据库中移动台的近似位置或小区基
24、站位置传送给移动台。移动台得到这些信息后，根据自己所处的近似位置和当前的卫星状况，可以很快地捕获到卫星信号，时间可以缩短到几秒，大大减少了定位响应时间。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)41p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：起源蜂窝小区定位技术这类定位系统根据用户在网络内部所处的小区或者基站来标识用户位置。蜂窝系统中每个基站都有一个全网唯一的标识号(CELL ID)，系统可以根据与用户进行通信的基站标识来确认用户所在区域，并由此提供一个用户位置的粗略估计。因此，这类技术也称为CELL ID技术或者COO (Cell Of Origin )技术。蜂窝系统定位技术
25、蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)42p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：起源蜂窝小区定位技术该方法的定位精度取决于与用户进行通信的小区的大小。在城市中心地区，小区的直径一般比较小，只有几百米，而在农村等偏远地区，小区的覆盖半径可达几十千米。一般情况下，城区的小区半径远小于郊区和农村的小区半径，所以CELL-ID的定位精度在城区比在郊区和农村高。CELL ID技术定位精度低，误差一般大于125米，通常只作为辅助定位手段为精确定位提供初始估计。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)43p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：起源蜂窝小区定位技术CELL I
26、D 定位技术示意图（MS为移动台，BTS为基站）蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)44p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于方向的定位技术基于方向的定位技术主要利用到达角(Angle of Arrival, AOA)来计算移动对象的位置。该方法中，接收机通过阵列天线测出接收信号从移动对象到两个以上基站的传输路径的到达方向(电波的入射角)并以此来计算移动对象的位置信息。基站利用天线阵列来测量接收到的移动对象的信号的方向，构成从基站到移动台的径向连线，两根连线的相交点即为移动对象的位置。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)45p 蜂窝系统常用定
27、位技术蜂窝系统常用定位技术：基于方向的定位技术AOA定位技术示意图（MS为移动台，BTS1和BTS2为两个基站）通过测量到两个基站的到达角，可以计算出MS的位置蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)46p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于距离的定位技术移动台和基站之间的距离的估计可以通过接收信号的强度、到达时间(Time Of Arrival，TOA)、到达时间差(Time Difference Of Arrival，TDOA)或者信号的相位来获得。利用移动对象到基站之间的距离和基站的坐标，就可以计算移动对象的位置。估计移动对象在二维空间的位置需要三个距离测量值
28、，而估计在三维空间的位置需要四个距离测量值。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)47p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于距离的定位技术基于距离的定位技术示意图(a)利用信号强度或者TOA来进行定位 (b) 利用TDOA来进行定位蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)48p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于指纹的定位技术在一些专用系统里，建立一个适用于某一特定服务区域的与位置网格有关的“位置信息数据库”(或信号指纹数据库)，存储定位系统覆盖范围内每个位置所观察到无线信号的特征信息。信号信息特征(或称信号指纹)可以包括信号强度、信号
29、时延和信道脉冲响应，以及其他任何移动台可观测的与位置有关的无线信号信息(如GPS卫星信号)。蜂窝系统定位技术蜂窝系统定位技术物联网技术导论(第二版)49p 蜂窝系统常用定位技术蜂窝系统常用定位技术：基于指纹的定位技术当需要定位时，移动台测量周围环境的无线信号信息并把测量结果发送到位置服务器，位置服务器将其与数据库中的内容进行比较匹配，与测量结果一致的信号特征信息所对应的位置区域就是移动台当前位置。该技术的定位精度在很大程度上依赖于匹配算法的优劣和位置服务器的计算和存储能力。此技术可以用于任何无线蜂窝网络中。RFID定位技术定位技术物联网技术导论(第二版)50与室外无线定位系统依赖于可以测量的各
30、种无线信号量如信号强度和到达角等不同，室内的无线定位技术往往利用RFID标签来对活动的物体或者人员进行定位。目前常用的RFID标签可以分为两类：有源标签（active tag）和无源标签（passive tag）。RFID定位技术定位技术物联网技术导论(第二版)51p 基于基于RFIDRFID标签的定位技术标签的定位技术基于RFID标签的定位技术类似于基于指纹的无线定位技术，称作模式匹配（Pattern Matching）技术。其主要思想是将定位分为两个阶段：训练阶段和定位阶段。系统中安装了一些RFID读写器。在训练阶段，选取某些位置作为训练点，并在这些位置收集RFID读写器发射的信号的强度。
31、这些信号值组成了一个数据库，称为信号地图（Radio Map）。RFID定位技术定位技术物联网技术导论(第二版)52p 基于基于RFIDRFID标签的定位技术标签的定位技术在定位阶段，标签收集来自各个RFID读写器的信号的强度并将这些数据传回定位服务器，由定位服务器数据库中进行匹配来计算出当前标签的位置。一般的方法是选择信号强度与收集到的信号强度最接近的训练点作为当前位置的估计，或者是选择若干个信号强度最接近的若干的位置的加权平均作为当前位置的估计。RFID定位技术定位技术物联网技术导论(第二版)53p 基于基于RFIDRFID标签的定位技术标签的定位技术：由于无线电信号在室内传播中容易受到多
32、种因素的干扰而变的不稳定，人们提出了增加参考标签来对定位结果进行改进的方法。一个著名的算法是LANDMARC。即当在某个位置搜集到来自读写器的信号强度值以后，并不是与存储在数据库中的历史信息进行比较，而是与当前各个参考标签所搜集的信号强度比较，并选择若干个最为接近的参考标签的位置进行加权平均获得当前点的位置估计。利用这种方法，LANDMARC的在一个24平方米的区域中可以达到2米的定位精度，时延为7.5秒。RFID定位技术定位技术物联网技术导论(第二版)54 LANDMARCLANDMARC示意图示意图RFID定位技术定位技术物联网技术导论(第二版)55p 基于基于RFIDRFID读写器的定位
33、技术读写器的定位技术：在基于RFID读写器的定位系统中，RFID标签是固定的而RFID读写器是移动的，其目标是追踪并定位RFID读写器而不是RFID标签。这种方法往往使用在由于自然灾害或者认为灾害使得预先部署的RFID读写器网络遭到破坏的情况下。这种情形下，简单的RFID标签反而不易被破会，所以能够提供对RFID读写器进行定位的功能。但是这种情况下由于预先部署的RFID网络被破坏，如何保证移动的RFID读取器收集到的标签信息能够传递到处理中心进行处理是个问题。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)56p 无线传感器网络定位技术的研究内容无线传感器网络定位技术的研究内容：一
34、般来说，无线传感器网络中定位技术的研究内容包括如下几个方面：定位算法设计。可定位性理论。定位误差分析 评价一个定位算法最重要的性能指标是它的定位误差（或者叫定位精度）。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)57p 无线传感器网络定位技术的研究内容无线传感器网络定位技术的研究内容：一般来说，无线传感器网络中定位技术的研究内容包括如下几个方面：移动传感器网络定位 近年来由于移动传感器网络的兴起，移动传感器网络中的定位算法研究也开始受到人们的关注。安全定位算法 由于无线传感器网络往往在无人值守的情况下部署 在开放的环境中，节点中运行的协议或算法极易受到恶意节点或者被俘获节点的攻
35、击。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)58p 典型无线传感器网络定位算法典型无线传感器网络定位算法：质心（Centroid）算法是一种简单的定位算法。在网络中，锚节点按照网格形状部署并向网络中广播自己的位置信息。一个待定位节点会记录所有它监听到的锚节点和相应的位置。设一个待定位节点收到了k个锚节点的位置信息，则该节点将自己的位置估计为这k个锚节点所在位置的质心。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)59p 典型无线传感器网络定位算法典型无线传感器网络定位算法：质心算法示意图。图中部署在网格上的节点是锚节点，待定位节点利用所监听到的锚节点的质心作为
36、自己的位置估计。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)60p 典型无线传感器网络定位算法典型无线传感器网络定位算法：有三种典型的基于多边定位技术的定位算法。这三种算法中，一个节点计算到各个锚节点的最短路径的长度并将之视为到各个锚节点的距离，其区别在于如何估计最短路径的长度。1、各个锚节点首先用洪泛（Flooding）方法在整个网络中广播自己的位置。在这个过程中每个待定位节点计算自己到每个锚节点的最短路径的跳数。然后每个节点将该跳数乘以一个估计的每跳平均距离就可以得到到每个锚节点的估计距离。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)61p 典型无线传感器网
37、络定位算法典型无线传感器网络定位算法：2、得到了距离之后，每个锚节点就利用多边定位技术来计算自己的位置。在DV-HOP算法中，每个锚节点先收集到其它所有锚节点的最短路径的跳数，然后根估计每跳平均距离。每个锚节点在计算出自己的平均每跳距离之后就会向整个网络中广播这个值。每个待定位节点以第一个收到的平均每跳距离作为平均距离的估计。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)62DV-HOPDV-HOP示意图示意图：无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)63p 典型无线传感器网络定位算法典型无线传感器网络定位算法：MDS-MAP等是几种采用多维标度的方法来计算传
38、感器网络中节点位置的算法。MDS-MAP是一个集中式的算法。1、算法首先收集网络中所有节点之间的邻接关系2、然后利用经典的最短路径算法（如Floyd-Warshall算法）来计算网络中任意两个节点之间的最短路径的长度，并将之视为节点之间的距离。3、然后利用经典的多维标度方法来计算各个节点在二维空间的相对位置。无线传感网定位技术无线传感网定位技术物联网技术导论(第二版)64p 典型无线传感器网络定位算法典型无线传感器网络定位算法：MDS-MAP的定位精度依赖于用最短路径的长度来估计节点间距离的精度。当网络部署在形状不规则的区域中时，MDS-MAP的定位精度比较低。MDS-MAP(P)是对MDS-
39、MAP的改进算法。MDS-MAP(P)将网络划分为多个小的网络，在每个网络内部用MDS-MAP算法来定位，然后利用坐标系转换将各个小网络得到的坐标合并在一起。则使用了带权多维标度来计算节点的位置。定位技术的发展前景定位技术的发展前景物联网技术导论(第二版)65随着物联网的发展和物联网应用的不断涌现，作为物联网最重要的支撑技术之一，定位技术也在经历着变革。虽然已经取得了很多的研究成果，但是目前仍然也还存在着一些问题，没有得到很好的解决，需要进一步的研究。定位技术的发展前景定位技术的发展前景物联网技术导论(第二版)66p 全球卫星定位导航系统方面虽然GPS已经获得的大规模的应用，但是GPS系统的更
40、新和改进一直在进行。从2008年起，美国已经开始了GPS第三步的现代化战略，计划于2016年前发射18颗新型通信卫星，不仅延长通信卫星的寿命，而且提供更高的定位精度。并且计划在2021年前后完成GPS现代化的第四步计划，采用全新的卫星布网，来提高系统的安全性和可靠性。定位技术的发展前景定位技术的发展前景物联网技术导论(第二版)67p 全球卫星定位导航系统方面我国也计划到2015年-2016年建成覆盖全球的北斗二代全球卫星导航定位系统。欧洲的伽利略系统和俄罗斯的GLONASS系统也在不停的进行升级改进。定位技术的发展前景定位技术的发展前景物联网技术导论(第二版)68p 室外无线定位方面目前的主要
41、研究热点是如何在定位技术的基础上来更好的提供基于位置的服务。手机用户的迅猛增加带来了巨大的商机，如何利用这个机会，根据个人信息提供更为精准的服务是一个很值得研究的方向。这方面的研究需要涉及到数据挖掘和社会网络等方面的最新研究成果。定位技术的发展前景定位技术的发展前景物联网技术导论(第二版)69p室外无线定位方面对于基于RFID的室内无线定位系统来说，目前研究的主要是如何提高定位的精度，降低室内复杂环境对定位误差的影响，并且尽量少的减少系统的开销（比如，尽量减少所使用的参考标签的数量）。对于无线传感器网络来说，目前的研究热点集中在不规则部署的无线传感器网络中测距无关的定位算法的设计以及测距存在误差情况下的无线传感器网络可定为性研究方面感谢大家恳请批评指正联系邮箱：物联网技术导论(第二版)70
