基于WLAN和WSN的室内定位技术研究.ppt
研究生姓名：田晓宁导师：关维国(副教授)研究方向：现代通信网络技术,题目：基于WLAN和WSN的室内定位技术研究,选题研究目录,1,2,一、概述,根据近年来室内定位的研究成果，本论文针对无线传感器网络和无线局域网相结合的室内定位技术进行研究，以提高定位精度为目的，通过对室内定位信号特点的分析，提出改进的无线传感器网络室内定位算法。结合RSSI距离损耗模型，进而提高定位精度，降低节点能耗。为下一步更深入的研究打下良好的基础。,二、选题背景及现实意义,二、选题背景及现实意义,三、室内定位技术发展现状,定位技术的发展及位置业务的始于上世纪90年代中期美国联邦通信委员会FCC制定的强制性法规（E-911法规），明确规定了提供E-911定位服务将是今后各种蜂窝网络，特别是3G网络必备的基本功能。自此，许多研究人员开始了室内定位技术的研究。,三、室内定位技术发展现状,超声波：整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。蓝牙：优点是设备体积小、易于集成在 PDA、PC以及手机中，且信号传输不受视距的影响。其不足在于价格比较昂贵，而且对于复杂空间环境的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。红外线：定位精度相对较高，但传输距离较短且仅能视距传播。射频识别：标识的体积比较小，造价比较低，且传输范围很大，具有非接触和非视距等优点。但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统之中。,无线定位技术,三、室内定位技术发展现状,超宽带：穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度。但需要精准时钟，造价昂贵。Wi-Fi:应用于小范围的室内定位，成本较低,具有很强的通信能力。但容易受到其他信号的干扰，定位器的能耗也较高。ZigBee:最显著的特点是它的低功耗和低成本。通信效率非常高，非视距传输。易受电磁噪声干扰。其中，作为射频（RF）中的Wi-Fi和ZigBee技术具有低成本，高精度，适用于室内环境的优势，现已成为室内定位的研究热点。,三、室内定位技术发展现状,三、室内定位技术发展现状,国外现状微软研发中心的 Radar 原型系统MIT 的 Cricket 位置支持系统哈佛大学的 MoteTrack罗格斯大学的贝叶斯室内定位系统奥本大学的 ARIADNE国内现状浙江大学的 INEMO 系统香港科技大学的 LANDMARC 系统,典型的室内定位系统：,四、室内定位算法研究比较分析,传感器节点的定位算法根据定位过程中所需信息的不同可分为两大类：基于测距(rangebased)定位方法非测距(rangefree)定位方法 Range-free定位方法无需测量距离或者角度信息，仅根据网络的连通性等信息就可以实现节点的自身定位。这种方法降低了对接点硬件的要求，在成本和功耗方面比range-based方法具有优势。,四、室内定位算法研究比较分析,基于测距的定位算法中比较常用的有：TOA(time of arrival)TDOA（Time Difference 0f Arrival)RSSI(Received Signal Strength Indication）AOA(Angle of Arrival)RSSI与TOA/AOA相比：不需添加额外硬件设备进行精确的时间同步和角度测量，能充分利用现有无线网设施，将定位系统的应用范围扩大到楼群和室内，降低成本。,四、室内定位算法研究比较分析,非测距的定位算法中较为常用的有：质心算法DV-hop算法Amorphous算法APIT算法,质心定位算法：最大优点是完全基于网络的连通性，实现较为简单，且计算量较小，但需要较多的信标节点。DV-hop算法：与基于测距算法具有相似之处，都需要获得未知节点到锚节点的距离，但DV-Hop不需要添加额外的硬件设备来进行精确的时间同步和角度测量，可有效降低成本。Amorphous算法：与DV-Hop算法类似，该算法有两个缺点:一是需要预知网络平均连通度;二是需要较高的节点密度。APIT算法：(近似三角形内点测试法)定位算法的关键步骤就是最佳三角形内点测试法。因细分定位区域和未知节点必须与锚节点相邻的需求，该算法要求较高的锚节点密度。,四、室内定位算法研究比较分析,基于以上几种算法的分析可知，质心算法的定位精度差，但其邻居节点的数量对其性能没有太大的影响，实现最简单，通信开销最小。而DV-Hop因为在线计算平均每跳距离，所以通信开销最大，但它在这一点比Amorphous算法具有更好的健壮性和适应性。,四、室内定位算法研究比较分析,论文选题的基本内容,1、针对室内特定环境下无线信道特征变化，建立室内环境下的最优RSSI距离损耗模型。对室内定位信号传播特性进行分析。详细讨论室内信号在距离衰减以及障碍物存在情况下的信号特点和变化情况。2、基于WLAN和WSN定位技术，提出加权质心算法和改进的DV-Hop算法相结合的室内定位算法。分析研究室内定位技术的分类方法、评价指标以及典型的定位算法。以求提高定位精度，降低能耗。,3、在无线局域网(WLAN)与无线传感器网(WSN)两种网络并存这一特定的应用背景下，研究WiFi和ZigBee技术协同的室内定位方法，采用将无线局域网信号接入点(AP)作为无线传感器网络节点进行融合定位，在无线局域网信号接入点边缘则进行WLAN定位及WSN辅助定位的室内定位算法。以求提高数据处理速度和定位精度。4、建立基于WLAN和WSN的室内定位系统。结合在WLAN和WSN网络下室内定位功能的基本需求，提出室内定位系统总体框架，设计仿真实验平台，为下一步更深入的研究打下良好的基础。,本论文选题的研究特色和创新之处,1、采用基于加权质心算法和改进DV-Hop（对DV-Hop跳数加权及全网信标节点每跳距离求平均的方法）的室内融合定位算法，以提高定位精度。整合了质心定位算法对新标节点分布密度和均匀度的要求较高而DV-Hop算法仅与未知节点和信标节点之间直线路径和跳段路径拟合度有关，对密度要求较低的特点。2、在室内定位系统中，采用基于WLAN与WSN异构网络协同定位算法。充分利用WLAN与WSN两种网络技术实现协同定位，有效利用了WSN组网灵活及WLAN网络传输速率高的特点。,安排和进度,2011.092011.12：调研阶段2012.012012.06：系统理论研究2012.072012.11：系统实践研究2012.122013.01：总结整理材料2013.3：答辩,欢迎老师批评指正！,
