无线传感器网络室内定位系统研究

ASurveyofIndoorPositioningSystemsforWirelessPersonalNetworks（无线个人网络的室内定位系统研究）论文研究意义•下一代通信网络需要准确，可靠，实时的室内定位和基于位置的协议、服务[1-3]。•个人应用的上下文感知服务使人们的行为更加方便和简单，受到更多的关注。室内环境的位置信息当然是上下文的重要组成部分。•GPS不能部署在室内使用，较室外，室内环境更加复杂，室内定位系统应用在未来通信系统中增加了新的挑战国内外研究现状相比业已成熟的户外定位，室内环境更加复杂多变，其定位技术经过多年深入研究，已取得一定进展，但还处于初步阶段。论文的研究内容a)个人网络b)定位技术和定位算法c)给出个人网络的室内定位系统的评估标准d)对室内定位系统分类个人网络（PersonNetwork）为了满足用户的需求，个人网络（PN）[7]连接不同地方如在家中，办公室，用户的各种个人设备形成一个单一的网络，这对用户透明。通过个人网络，不同类型网络上的用户使用它们的个人设备可以全局访问公共和私人服务。个人网络以用户为中心，能促进个人无处不在、随时随地的通信，多种类型的网络互连使这些网络中的个人设备相互通信并提供了灵活的个人服务。定位技术•这些技术包括：红外线（IR），超声波（ultra-sound），射频识别（RFID），无线局域网络（WLAN），蓝牙（bluetooth），超宽带（UWB），磁信号（magnetic），视觉分析（visionanalysis）和可听声（audiblesound）定位算法•三角（triangulation）•指纹定位（fingerprinting,proximity）•视觉分析（visionanalysis）•邻近定位（proximitypositioning）绝对、相对、临近位置邻近位置定位算法•基于三角形的集合特征，三种方法用于计算位置，即:信号接收强度、到达角度和到达时间。•每个三角定位都有优点和局限性。TOA是最精确的技术，它在室内可以过滤掉多径效应的影响，然而它实现复杂。RSS和TOA至少需要知道三个参考元素的位置才能判断一个对象的位置，AOA只需要知道两个。但是，当目标对象位于远处，AOA方法可能包含一些错误，这将导致在精度较低[21]。定位算法•指纹图谱技术预先测量位置相关的数据，被提出来改进室内位置测量的精确性。•指纹识别包括两个阶段：离线训练阶段和在线定位阶段[50]。定位算法•视觉分析从一个或多个点接收到图像来估计位置[84]-[87]•给用户带来舒适性和效率，因为跟踪者不需要携带额外的设备。•通常情况下，一个或多个相机被固定在跟踪区域，观察到的目标图像与预先测量记录到数据库的比对来位置估计。此外，视觉定位技术可以为基于捕捉图像的服务提供有用位置上下文。例如，视觉定位技术，可以观察到观察者正在做什么。定位算法•邻近位置传感技术研究相对于一个已知位置或区域的目标物体的位置。例如，一个位置测量元素的感知区域是一个房间，临近感应可以准确地判定跟踪的目标是否在房间内。评估标准•安全和隐私•成本•性能•鲁棒性和容错•复杂性•用户体验•商业前景•限制分类•红外线（IR）•超声波•无线电频率（RF）定位系统•磁定位系统•视觉•可听声红外线•ActiveBadge•Firely•OPTOTRAKPROseries•InfraredIndoorScourLocalPositioningSystem（IRIS_LPS）：光学红外线定位系统红外线定位系统•优点：定位精确；IR发射器小，重量轻，易于携带；系统的体系结构是简单的；它不需要费时的安装和维护；•缺点：缺少安全和隐私问题的设计；感测位置有一些局限性，例如荧光和阳光干扰；昂贵的系统的硬件要求；一个人携带的红外线装置被他/她的衣服覆盖，系统无法工作超声波•ActiveBat:•标签定期广播一个短脉冲超声波。短脉冲超声波被一个安装在天花板上在已知位置的接收器矩阵接收，这种技术的性能的受到标签和接收器之间的反射和障碍影响，这降低了系统的精度；•从用户的观点，在天花板上部署大量的传感器是一个耗时的任务，这降低了可扩展性；•接收器也需要被精确地放置，这会导致复杂的安装。超声波•Cricket:其目的是提供用户的隐私，高效的性能，成本低；然而，位于系统中的接收器执行位置估计和接收超声波和射频（RF）信号在同一时间，因此消耗更多的电力超声波定位系统•优点：廉价•缺点：遭受反射的超声信号和其它噪声源，影响较IR精度低；无线电频率（RF）定位系统•RFID•无线局域网络（WLAN）•蓝牙•感知网络•UWB（超宽带）WLAN•RADAR：现有的室内WLAN基础设施的重用；它需要很少的基站进行位置感知；隐私问题没有被考虑，无法适用于轻量级和资源有限的设备；•Ekahau:廉价灵活，高效节能•COMPAS:提供低成本和相对较准确的用户定位服务；但只能定位单个用户，不能定位多个目标；UWBRF定位系统遭受墙壁反射，造成多路径；超宽带（UWB）脉冲[79]具有很短的时间（小于1纳秒），使得从原始信号过滤出反射信号有可能，提供更高的精度。采用UWB技术的定位系统已经成为提高精度一种流行方式[80]。UWB•Ubisense:与其他的基于RF的定位系统相比，Ubisense系统有更高的精度，在三维环境中约为15厘米；位置估计的时间延迟短，传感率可高达每秒20次。Ubisense传感器被组织成cells，至少有四个传感器，覆盖面积达400平方米，因此，基础设施元素的覆盖范围是很大的；追踪标签是无线，轻松耐磨，重量轻（45克）和较长的电池续航时间约1年；然而，这种高性能定位系统的价格也高磁定位系统优点：磁传感器体积小，坚固耐用，价格便宜；可以提供更高的精度；可以提供多位置跟踪；缺点：有限的覆盖范围视觉定位系统优点：用户不需要携带任何移动设备；一个低廉价格摄像机可以覆盖一大片区域；缺点：隐私；该系统在动态变化的环境不可靠；同时跟踪多个人的运动需要更高的计算能力可听声定位系统•Beep:优点：用户使用他们的个人设备发射可听声；用户隐私可以避免被自动跟踪；缺点：受动态变化和公共环境噪音的影响；不具备高穿透力，只能在一个房间内；可听声是一种室内环境噪音；研究目标把17个现有的IPSs根据感知位置时用到的主要介质分成6大类，阐述了系统架构和工作原理，讨论了各个IPSs的优缺点，因此，在未来个人网络IPSs中，可以从这些表里性能的比较来方便地选择最合适的系统论文采取的研究方法•文献综述法•比较法论文的技术路线•介绍IPS及IPSs的分类•介绍每种分类的典型系统，并总结各个IPS类别的优缺点•给出IPSs性能的评判标准论文的创新之处有哪些•提出了一种新的分类方式•使用典型场景和用户用例显示个人网络中位置数据的需求应用前景室内定位是室内无线网络的关键支撑技术之一，作为对GPS的补充，有着广阔的市场前景，特别在火灾、医疗救护现场、物流、设备监测等场合存在迫切市场需求．它可用于：目标跟踪，实时监视目标路线，预测目标前进轨迹；路由协助，利用地理信息进行路由，减少路由的盲目性，避免信息风暴；拓扑控制，统计覆盖情况，构建网络拓扑图，及时修复网络连接等．存在问题作者给出了使用单一介质的IPS性能的评估标准，也指出可以结合多种介质来提高IPS的性能，但未给出一种结合多种介质提高性能的IPS；