7、传感器网络中的资源感知定位技术

传感器网络中的资源感知定位技术

1. 引言

在大面积区域手动部署成百上千个微小传感器节点既耗时又成本高昂。因此，使用飞机或移动车辆进行节点部署是一种可行的替代方案，但这会导致节点随机分布，使得初始时每个传感器节点的位置未知。而且，节点可能是移动的，其位置也随时间变化。节点位置估计非常重要，原因如下：
- 没有位置信息的传感器测量数据毫无用处。
- 位置信息能实现无需路由发现的节能地理路由方法。
- 传感器网络的自组织和自愈等基本过程结合位置信息能更高效地执行。
- 可以轻松发现并绕过障碍物。
- 在目标跟踪等应用中，传感器节点自身的位置往往是所需参数。

定位过程对网络协议至关重要，没有位置信息的传感器网络难以组织，还会浪费宝贵的能量用于邻域发现等任务。虽然可以为每个传感器节点配备全球定位系统（GPS）等定位系统，但这些系统的资源需求与传感器网络的有限资源相矛盾，因此并非适用于每个节点。另一种方法是使用笛卡尔坐标系相对于随机选择的传感器节点估计位置，但会累积定位误差，转换为绝对坐标还需额外计算开销。目前常用的方法是使用少量配备定位系统的传感器节点（称为信标），其他传感器节点可根据与信标的绝对距离或角度以及信标的位置，通过合适的定位算法估计自身位置。

2. 距离估计

定位需要节点与其环境之间的相互关系信息，大多数定位算法需要笛卡尔坐标系中节点与信标之间的距离。由于距离通常无法直接测量，因此开发了多种方法来根据其他条件确定距离，主要可分为以下几种类型：

2.1 到达时间（ToA）

在真空中，各向同性源发射的无线电信号以光速（$c_{Vacuum} = 299,792km