无线定位系统第1章-绪论课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,第1章 绪论,第2章 卫星定位,第3章 蜂窝通信网络定位,第4章 Wi-Fi定位,第5章 ZigBee网络定位,第6章 UWB定位技术,第7章 CSS定位,目录第1章 绪论,第1章 绪论,第1章 绪论,第1章 绪论,无线定位是指利用无线电波信号的特征参数估计特定物体在某种参考系中的坐标位置。,其最初是为了满足远程航海导航和军事领域精确制导等要求而产生的，,20,世纪,70,年代全球定位系统（,GPS,）的出现使得定位技术产生了质的飞跃，定位精度可达到数十米范围。,近年来，定位技术开始应用于蜂窝网系统设计、信道分配、切换、,E-911,紧急援助、交通监控与管理领域。,随着数据业务和多媒体业务的快速增加，在短距离高速率无线通信的基础上，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品的位置信息，进而用于监控管理、安全报警、指挥调度、物流、遥测遥控和紧急救援等需求。,然而，由于信号极易受到遮挡和多路径等传播因素的影响，在城市密集城区和室内封闭空间无法保证有效覆盖，因此对短距离高精度无线室内定位技术的研究和标准化工作可为实现室内外定位提供有力的技术支持。,第1章 绪论无线定位是指利用无线电波信号的特征参数估计特定物,第1章 目录,无线定位系统的历史与现状,无线定位的起源,无线定位发展现状,无线定位系统的应用,无线定位系统的基本分类,卫星定位系统,蜂窝定位系统,无线局域网定位系统,无线定位系统的主要研究内容,无线定位算法及性能评价,无线网络协议,无线定位系统相关技术,第1章 目录无线定位系统的历史与现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位的起源,美国在,1991,年开始实施的智能运输系统通信标准中，提出了通过移动通信网提供定位业务的要求。,1996,年，美国联邦通信委员会（,FCC,）强制要求所有无线业务提供商，在移动用户发出紧急呼叫时，必须向公共安全服务系统提供用户的位置信息和终端号码，以便对用户实施紧急救援工作。,1999,年,12,月，,FCC99-245,将,E-911,的需求做了进一步的修改和细化，对网络设备和手机生产商、网络运营商等对定位技术在网络设备和手机中的实施和支持提出了明确要求和规定。,到,2001,年,10,月,1,日，定位精度并没有达到,FCC,定位精度为,125m,，满足这个定位精度的概率不小于,67%,的要求，但是,FCC,的这一规定明确了提供,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。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位的起源,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,自,E-911,定位需求颁布以来，移动台定位技术在国外受到高度重视和深入研究。目前，研究的内容涉及了蜂窝网络移动台定位技术的方方面面，并且侧重于如下研究：,基本定位方法和技术的研究,定位算法的研究,TDOA/TOA,检测技术的研究,抗非视距传播,多径和多址干扰技术的研究,数据融合技术的研究,定位技术实施方法的研究,定位系统的性能评估,等等,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,近年来，世界各国都在这方面积极开展研究，美国更在这一领域占居先机。,休斯公司、利顿公司和美国空军实验室等部门在这一领域做了大量、有效的研究工作，基本完成定位与跟踪的理论基础研究，己经进入到飞行试验和工程应用的阶段。,美国洛克希德,-,马丁公司的“沉默的哨兵”系统以及英国防御研究局研究的利用信号的无源探测定位系统是其中的突出代表。,英国防御研究局研究的无源探测定位系统是一种双基系统，利用英国,BBC,的发射机发射的,TV,信号作为系统的照射源对空中目标进行探测和定位，以常规方法用卡尔曼滤波器获得多普勒频移和方位信息，再用扩展卡尔曼滤波器根据所获信息对目标定位和测速。,此外，俄罗斯和以色列等国家在无源定位与跟踪技术方面也都有很多突破。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,按照探测目标的方式，定位技术可以分为有源定位和无源定位。有源定位系统是通过主动发射电磁波来探测目标，定位精度高但极易受到敌方的干扰和攻击，特别是反辐射导弹的出现和使用对雷达等有源探测设备的战场生存状况提出了严峻的挑战。为了弥补有源定位方法的缺陷，人们在积极改进有源定位性能的同时也开始了无源定位问题的探索和研究。因此，对辐射源的无源定位具有重要的军事意义，引起世界各国的重视。,在无线定位系统中，,AOA,（,Angle of Arrival,，到达角度）定位技术、,TOA,（,Time of Arrival,，到达时间）定位技术、,TDOA,（,Time Difference of Arrival,，到达时差）定位技术、,FDOA,（,Frequence of Difference of Arrival,，到达频差）定位技术、,AOA/TDOA,联合定位技术和,TDOA/FDOA,联合定位技术等都是常用的基本定位技术。另外，卡尔曼滤波作为重要的最优估计理论，也被经常用于动态目标的跟踪系统中。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,当前，基于无线传感器网络的定位系统所采用的定位方法主要有基于测距（,range-based,）和无需测距（,range-free,）两种。,无需测距的系统在硬件成本和功耗上较低，但是以牺牲定位精度为代价，在很多精度需求较高的项目中难以应用。,基于测距的定位方法目前主要有,RSSI,、,TOA,、,TDOA,、,AOA,等。,TDOA,和,AOA,分别利用多个信号到达目标节点的时间差和角度来计算其位置信息，但这两种方法的硬件系统设备复杂、成本较高，不适合广泛的实际应用。,RSSI,是一种理论上比较理想的算法，它的原理是根据理论和经验模型，将传播损耗转化为距离。,TOA,是利用无线信号在两个节点间的传播延时来计算物理距离的一种方法。但是没有改进过的算法对节点间的时钟同步有着苛刻的要求，而且微小的时钟漂移（,clock drift,）都会转化成为很大的测量误差，所以一直未被广泛的应用。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,UWB,（,Ultra-WideBand,，超宽带）脉冲由于具有极高的带宽，持续时间短至纳秒级，因而具有很强的时间分辨能力。为了充分利用,UWB,时间分辨能力强的特点，使用基于信号到达时间估计的测距技术最适合于以,UWB,无线定位。,角度定位在,20,世纪,40,年代就得以应用于电子对抗领域。当时人们利用简单的测向设备对目标进行多次测向，然后运用人工作图的方式来确定目标位置。一般来说，辐射源的角度变化慢、范围小，是最可靠的测量参数之一。因此，角度定位一直是定位方法研究的主要内容。但是，由于角度定位方法对测向精度及其敏感以及虚假定位消除等方面的不足，因此目前角度定位很少单独使用，通常与其他定位技术联合使用，以提高定位精度。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,时差定位（即,TDOA,）的研究源于,20,世纪,60,年代，并在许多方面取得了令人瞩目的成就，己成为现代高精度无线定位技术中的主要方法之一。,时差定位是利用至少三个己知位置的观测站接收到的辐射源信号来确定辐射源的位置，任意两个观测站采集到的信号到达时间差确定了一个双曲面线，多个双曲面线相交即可确定目标的位置。,由于测时精度的缘故，现有的无源时差定位要达到的相对定位精度一般采用基线距离长达数十公里的长基线系统。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,频差定位是收集接收机与目标之间因相对运动而产生的多普勒频移数据来对目标进行定位的一项新技术。任何具有相对运动的辐射源之间都会产生多普勒频率，这为频差定位的提供了先决条件。,对于运动目标而言，我们可以利用目标运动所引起的的多普勒频率来确定目标的运动特性和位置对于静止的目标而言，我们可以人为地移动接收机使其与目标产生相对运动，利用运动产生的多普勒频率来确定目标的位置。,频差受很多因素的影响，如载频、接收机平台和辐射源之间的相对位置、相对速度和速度方向等。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位发展现状,基于模式匹配的定位技术和基于指纹信息的定位技术已有大量研究，在这些定位技术中，相关信息对位置敏感，即这些信息能反映位置特征，通常在训练阶段,(,离线阶段,),采集信息后送入数据库存储，在定位阶段,(,在线阶段,),用于估计节点位置坐标。,指纹数据库通常由来自不同参考节点和不同终端节点的接收信号强度构成，当然也可以是诸如平均附加时延、均方根时延扩展、最大附加时延、总接收功率、多径数等参数。,该技术面临的主要问题是随着信道和环境的变化，指纹数据库存在不可靠因素，需要不断更新。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位发展现状,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位系统的应用,自,20,世纪,40,年代定位技术初步应用测绘和军事领域以来，特别是海湾战争以来，人类就越来越认识到定位的重大作用。,对于军用系统而言，它有助于提高武器的打击精度，为最终摧毁敌方提供有力的保障就民用系统而言，可以为目标提供可靠的服务，起到安全保障作用。,目前，无线定位技术己经广泛应用于社会生活的众多领域，成为各国在军事、国防、科技等领域较量的一个主要场所，也成为衡量一个国家综合实力的重要指标之一。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位系统的应用,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位系统的应用,在军事领域，以目标被动式精确跟踪与定位为主要研究方向的辐射源无源定位技术正受到越来越广泛的重视。,所谓无源定位，是指在不发射对目标照射的电磁波的条件下获取目标的位置。通过对辐射源信号的截获和测量，并利用相应的算法求解，无源定位系统即可获得目标的位置和轨迹。,相对于雷达等有源探测系统，无源定位系统具有隐蔽性好、抗干扰能力强、作用距离远等优点，这对于提高侦察探测系统在现代化高强度电子战环境下的生存能力具有重要意义，因此被广泛应用于被动声纳、红外跟踪、空间飞行器系统的导航和定位之中。,辐射源无源定位技术，因其在电子对抗中的巨大作用而倍受重视，是各国重要的研究项目。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位系统的应用,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位系统的应用,在民用领域，无线定位技术被广泛应用于海洋、陆地和空中交通运输的导航，并在地质勘探、资源调查、海洋测绘海上石油作业、地震预测、气象预报等领域已得到广泛应用。,近年来，随着蜂窝移动通信技术的迅速发展，蜂窝无线定位技术越来越受到人们的重视。,可以预见在未来几年内，基于无线定位技术的移动增值业务将越来越多的走进普通人的生活。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位系统的应用,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位系统的应用,我国定位服务比北美、欧洲和亚太地区的主要移动通信运营商起步晚，,2001,年北京移动首开位置服务先河，在国内率先推出手机位置服务业务，随后，中国联通于,2004,年在“定位之星”统一品牌下推出基于高精度定位的业务。,2001,至,2004,年,LBS,在中国的发展始终处于非常缓慢的增长阶段。,2005,年至,2007,年是曾被誉为“中国,LBS,年”的高速发展年，但实际情况却再次让人失望，市场并没有出现人们想象中的“井喷”。直到,2010,年我国才真正步入,LBS,稳定发展期。国内的,LBS,应用如下：,1.无线定位系统的历史与现状无线定位系统的应用,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位系统的应用,车辆导航。用户在车载导航仪的电子地图中设定目的地，车载导航仪通过接收,GPS/GPSOne,获取用户当前位置，在电子地图中显示，根据用户设定的规则为用户提供一条最优路径，并提供语音导航服务。,移动梦网。中国移动于,2001,年,5,月推出了移动梦网卡的位置服务，包括,SMS,和,WAP,两种方式。,定位之星。中国联通于,2004,年推出了基于,CDAM1X,网络的定位之星服务，该服务采用定位技术，可以实现城市内或城市间大范围电子地图查找、路线导航、周边信息搜索、电子地图、,email,等多种服务。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位系统的应用,1.,无线定位系统的历史与现状,无线定位系统的应用,亚运会移动资源智能调度系统。,2010,年，亚运会期间，广州市推出了“亚运会移动资源智能调度系统”，该系统覆盖了所有亚运参赛场馆，为所有参会车辆及警务用车，提供准确定位、实时状态监控、统一指挥、及时调度和危机处理等服务。,切客。切客源自英文,check in,，他们是热衷于即时记录生活轨迹的都市潮人，利用移动互联网终端记录自己所在的位置，发现并探索身边的城市，并与他人分享此地的精彩。盛大网络于,2010,年,11,月,5,日启用了切客网的域名，为盛大用户提供切客服务。用户只需要打开手机客户端，手机就会自动识别使用者所在地，在摄像头捕捉到的真实影像旁显示所在地附近的位置信息标签，使用者只需用手指轻点屏幕，即可进行查找附近的位置信息标签，然后进行签到、发记录、拍照片、抢地主、得游票等一系列动作。,1.无线定位系统的历史与现状无线定位系统的应用,2.,无线定位系统的基本分类,无线定位系统按照其所能覆盖的范围大小主要有,3,种方式，即,卫星定位系统（,Global Positioning System,，,GPS,）,基站蜂窝定位系统（,GPS+,基站）,无线局域网定位系统。,2.无线定位系统的基本分类无线定位系统按照其所能覆盖的范围,2.,无线定位系统的基本分类,卫星定位系统,卫星定位系统（,GPS,）即全球定位系统，简单地说，这是一个由覆盖全球的,24,颗卫星组成的卫星系统，可以保证在任意时刻地球上任意一点都可以同时观测到,4,颗卫星，保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。,GPS,是,20,世纪,70,年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通信等军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过,20,余年的研究实验，耗资,300,亿美元，到,1994,年,3,月，全球覆盖率高达,98%,的,24,颗,GPS,卫星星座己布设完成。,2.无线定位系统的基本分类卫星定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,卫星定位系统,GPS,由三部分组成：空间部分,GPS,星座；地面控制部分,地面监控系统；用户设备部分,GPS,信号接收机。,GPS,技术具有高精度、高效率和低成本的优点，使其在各类大地测量控制网的加强改造和建立以及在公路工程测量和大型构造物的变形测量中得到了较广泛的应用。,GPS,的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统（,Transit,），,1958,年研制，,1964,年正式投入使用。子午仪卫星定位系统用,5,6,颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球,13,次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。,卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪卫星定位系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷，美国海陆空三军及民用部门感到迫切需要一种新的卫星导航系统。,2.无线定位系统的基本分类卫星定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,卫星定位系统,为此，美国海军研究实验室（,NRL,）提出了名为,Tinmation,的用,12,18,颗卫星组成,10000km,高度的全球定位网计划，并于,1967,年、,1969,年和,1974,年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是,GPS,系统精确定位的基础。,美国空军则提出了,621-B,的以每星群,4,5,颗卫星组成,3,4,个星群的计划，这些卫星中除,1,颗采用同步轨道外其余都使用周期为,24,小时的倾斜轨道。,海军的计划主要用于为舰船提供低动态的二维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以,1973,年美国国防部将二者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（,JPO,）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。,2.无线定位系统的基本分类卫星定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,蜂窝定位系统,要在蜂窝网建立能提供位置服务的全套定位系统，主要功能模块包括：,位置获取和确定单元,：,GSM,规范中称为移动定位中心（,SMLC,），,CDMA,规范中称为定位实体（,PDE,），,SMLC/PDE,与多个定位单元（,LMU,）连接，获得定位参数并计算定位结果。,位置信息传输和接口单元,：,GSM,规范中称之为移动定位中心网关,(GMLC),，通过标准的软,/,硬件接口，将,SMLC/PDE,收到的定位数据传送到提供定位服务或有定位需求的实体进行处理。,基于位置信息的应用服务,：即定位服务客户机（,LCS Client,），主要与,GMLC,或,MPC,连接，提供基于位置信息的各种服务。,业务承载平台,：如地理信息系统集成，定位结果通常以图形化方式显示，由本地电子地图、相关地理信息及相应软件完成。,2.无线定位系统的基本分类蜂窝定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,蜂窝定位系统,不同的定位解决方案需要不同的系统软,/,硬件提供支持，通常采用以下指标衡量定位方案：,提供完整的端到端位置服务能力；,对未来移动通信系统的升级能力，包括核心网的接口升级能力及空中接口标准的兼容能力；,对定位技术的支持能力、定位精度及定位响应时间；,与现有业务平台的集成能力；,系统对未来业务的适应能力；,系统软,/,硬件实现的复杂度；,系统成本；,对网络负载的影响。,2.无线定位系统的基本分类蜂窝定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,蜂窝定位系统,目前，市场上主要的定位系统提供商（包括诺基亚、爱立信、西门子等国际通信巨头）都分别推出了各具特色的移动定位解决方案。,蜂窝网络基础设施的完善、移动终端功能的增强、互联网内容的丰富及无线应用的推广正在丰富人们的日常生活，也逐渐改变着人们的生活方式和消费习惯。,作为未来移动数据的主要应用之一，基于位置信息的移动数据应用因能提供个性化服务，在世界范围内迅速发展，各种定位技术和定位解决方案不断涌现，但移动通信系统网络结构的复杂性、多种空中接口标准并存的现状及无线电波传播环境的复杂性都增加了实现高精度定位的难度。,2.无线定位系统的基本分类蜂窝定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,无线局域网定位系统,无线局域网定位目前主要有,4,种定位技术：,ZigBee,定位技术,Wi-Fi,定位技术,UWB,定位技术,CSS,定位技术,2.无线定位系统的基本分类无线局域网定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,无线局域网定位系统,1,ZigBee,定位技术,Zigbee,是,IEEE802.15.4,协议的代名词。这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。,这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（,bee,）是靠飞翔和“嗡嗡”（,zig,）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位的信息，也就是说，蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。,其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本，适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，,ZigBee,就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术。,2.无线定位系统的基本分类无线局域网定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,无线局域网定位系统,2,Wi-Fi,定位技术,Wi-Fi,是一种可以将个人计算机、手持设备（如,PDA,、手机）等终端，以无线方式互相连接的技术。,Wi-Fi,是一个无线网络通信技术的品牌，由,Wi-Fi,联盟（,Wi-Fi Alliance,）所持有，目的是改善基于,IEEE802.11,标准的无线网络产品之间的互通性。,基于两套系统的密切相关，也常有人把,Wi-Fi,当做,IEEE802.11,标准的同意词。,本书也将混用,Wi-Fi,和,IEEE802.11,这两个名词，请读者注意区分。,2.无线定位系统的基本分类无线局域网定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,无线局域网定位系统,3,UWB,定位技术,超宽带（,Ultra WideBand,，,UWB,）技术是一种使用,1GHz,以上带宽且无需载波的最先进的无线通信技术，不需要价格昂贵、体积庞大的中频设备，因此冲激无线电系统的体积小、成本低，而且系统发射的功率谱密度可以非常低，甚至低于美国联邦通信委员会（,FCC,）规定的电磁兼容背景噪声电平。,作为室内通信用途，美国联邦通信委员会（,FCC,）已经将,3.1,10.6GHz,频带向,UWB,通信开放。,IEEE802,委员会也已将,UWB,作为,PAN,（,Personal Area Network,）的基础技术候选对象来探讨。,UWB,技术被认为是无线电技术的革命性进展，巨大的潜力使得它在无线通信、雷达跟踪及精确定位等方面有着广阔的应用前景。,2.无线定位系统的基本分类无线局域网定位系统,2.,无线定位系统的基本分类,无线局域网定位系统,4,CSS,定位技术,CSS,即,Chirp Spread Spectrum,（线性调频扩频技术），以前主要用于脉冲压缩雷达，能够很好地解决冲击雷达系统测距长度和测距精度不能同时优化的矛盾。,CSS,应用于通信领域开始于,1962,年。,Winkler,首先提出把,Chirp,信号应用到通信领域的想法，但并没给出完整的系统实现方案。,1966,年，,Hata,和,Gott,独立的提出基于,CSS,的,HF,传输系统，利用了,CSS,技术对多普勒频移免疫的特性。但是，当时没有使用声表面波滤波器（,SAW,）来产生,Chirp,信号。,1973,年，,Bush,首次提出了使用,SAW,产生,Chirp,信号的方法。因为,SAW,是模拟设备，成本低廉，被,CSS,通信的研究者广泛采用。,2.无线定位系统的基本分类无线局域网定位系统,3.,无线定位系统的主要研究内容,定位算法及性能评价,1,无线定位的基本原理,对移动台位置的估计通常需要两步：,第一步，测量并估计,TOA,、,TDOA,、,AOA,或,SS,等参数；,第二步，利用估计的参数，采用相应的定位算法计算出,MS,的位置。,根据所用参数的不同，无线定位可分为三种方法：,圆周定位,双曲线定位,方位角定位,3.无线定位系统的主要研究内容定位算法及性能评价,3.,无线定位系统的主要研究内容,定位算法及性能评价,2,影响精度的因素,由于移动通信系统的通信环境复杂多变，因此各种依赖于通信信号测量的定位技术都受到各种因素的影响，严重影响了定位精度。,影响定位精度的主要因素包括：多径传播问题，非视距传播（,NLOS,）问题，,CDMA,多址接入干扰，以及参与定位的基站数的限制。,3.无线定位系统的主要研究内容定位算法及性能评价,3.,无线定位系统的主要研究内容,定位算法及性能评价,3,衡量定位算法的性能指标,除了通用的估计精度指标，如,:,均方误差（,Mean Square Error,，,MSE,）、均方根误差（,Root Mean Square Error,，,RMSE,）、累积分布函数（,Cumulative Distribution Function,，,CDF,）等，针对定位技术领域对定位结果的评价,也有特殊的评价指标，如克拉美罗下界（,Cramer-Rao Lower Bound,，,CRLB,）、圆误差概率,/,球误差概率（,Circular Error Probability/Spherical Error Probability,，,CEP/SEP,）、几何精度因子（,Geometric Dilution of Precision,，,GDOP,）、相对定位误差（,Relative Position Error,，,RPE,）。,3.无线定位系统的主要研究内容定位算法及性能评价,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,无线网络协议主要是指,IEEE802,系列的协议，下面就,WLAN,家族成员逐个说明。,1,IEEE802.11a,协议,IEEE802.11a,协议是在,1999,年制定完成的，其主要工作在,5GHz,的频率下，数据传输速率可以达到,54Mbps,，传输距离为,10,100m,；采用了,OFDM,（正交频分多路复用）调制技术，可以支持语音、数据、图像的传输，不过与,IEEE802.11b,协议不兼容。,IEEE802.11a,协议凭借传输速度快、受干扰比较少（使用,5GHz,工作频率）的特点，也被应用于无线局域网。,但是因为价格比较昂贵，且向下不兼容，所以目前市场上并不普及。,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,2,IEEE802.11b,协议,IEEE802.11b,协议是由,IEEE,于,1999,年,9,月批准的，该协议的无线网络工作在,2.4GHz,频率下，最大传输速率可达,11Mbps,，可以实现在,1Mbps,、,2Mbps,、,5.5Mbps,及,11Mbps,之间的自动切换；采用,DSSS,（,Direct Sequence Spread Spectrum,，直接序列展频技术），理论上在室内的最大传输距离可达,100m,，室外可达,300m,。目前，也称,IEEE802.11b,为,Wi-Fi,。,IEEE802.11b,协议凭借其价格低廉、高开放性的特点被广泛应用于无线局域网领域，是目前使用最多的无线局域网协议之一。,在无线局域网中，,IEEE802.11b,协议主要支持,Ad Hoc,（点对点）和,Infrastructure,（基本结构）两种工作模式，前者可以在无线网卡之间实现无线连接，后者可以借助于无线,AP,，让所有无线网卡与之无线连接。,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,3,IEEE802.11e,协议,基于,WLAN,的,QoS,协议，通过,IEEE802.11a/b/g,协议能够进行,VoIP,。,也就是说，,IEEE802.11e,是通过无线数据网实现语音通话功能的协议，将是无线数据网与传统移动通信网络进行竞争的强有力武器。,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,4,IEEE802.11g,协议,IEEE802.11g,协议于,2003,年,6,月正式推出，是在,IEEE802.11b,协议的基础上改进的协议，支持,2.4GHz,工作频率及,DSSS,技术，并结合了,IEEE802.11a,协议高速的特点和,OFDM,技术。,这样，,IEEE802.11g,协议既可以实现,11Mbps,传输速率，保持对,IEEE802.11b,的兼容，又可以实现,54Mbps,高传输速率。,随着人们对无线局域网数据传输的要求，,IEEE802.11g,协议也已经普及到无线局域网中，与,IEEE802.11b,协议的产品一起占据了无线局域网市场的大部分。,部分加强型的,IEEE802.11g,产品已经步入无线百兆时代。,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,5,IEEE802.11h,协议,IEEE802.11h,是,IEEE802.11a,的扩展，目的是兼容其他,5GHz,频段的标准，如欧盟使用的,HyperLAN2,。,6,IEEE802.11i,协议,IEEE802.11i,是新的无线数据网安全协议，已经普及的,WEP,协议中的漏洞将成为无线数据网络的一个安全隐患。,IEEE802.11i,提出了新的,TKIP,协议，来解决该安全问题。,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,7,IEEE802.11n,协议,为了实现高带宽、高质量的,WLAN,服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，,IEEE802.11,任务组,N,（,TGn,）应运而生。,IEEE802.11n,标准至,2009,年才得到,IEEE,的正式批准，但采用,MIMO OFDM,技术的厂商已经很多，包括,D-Link,、,Airgo,、,Bermai,、,Broadcom,及杰尔系统、,Atheros,、思科、,Intel,等，产品包括无线网卡、无线路由器等，而且已经在微机中大量应用。,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,8,WEP,协议,WEP,（,Wired Equivalent Protocol,，有线等效协议）是为了保证,IEEE802.11b,协议数据传输的安全性而推出的安全协议，可以通过对传输的数据进行加密，这样可以保证无线局域网中数据传输的安全性。,目前，市场上一般的无线网络产品支持,64/128,甚至,256,位,WEP,加密，未来还会普及,WEP,的改进版本,WEP2,。,在无线局域网中，要使用,WEP,协议，如果使用了无线,AP,首先要启用,WEP,功能，并记下密钥，然后在每个无线客户端启用,WEP,，并输入该密钥，这样就可以保证安全连接。,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线网络协议,为了便于对比，我们给出几种常用无线网协议的主要参数表,1-1,。,表,1-1,几种常用的无线网络协议,协 议,频 率,信 号,最大数据传输率,IEEE802.11,2.4,GHz,FHSS,或,DSSS,2,Mbps,IEEE802.11a,5,GHz,OFDM,54,Mbps,IEEE802.11b,2.4,GHz,HR-DSSS,11,Mbps,IEEE802.11g,2.4,GHz,OFDM,54,Mbps,IEEE802.11n,2.4,GHz,或,5,GHz,OFDM,540,Mbps,3.无线定位系统的主要研究内容无线网络协议 协 议频 率,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线定位相关技术,基于无线定位系统应用研究的问题很多，以室内定位系统为例，主要涉及以下几方面。,1,光跟踪,光跟踪技术要求所跟踪目标和探测器之间线性可视，这就局限了应用范围。在视频监视系统中，往往在环境中安装多台摄像设备，连接到一台或几台视频监控器上，对观察对象进行实时动态的监控，有的甚至可以进行必要的数据存储。,光跟踪技术也被应用于机器人系统，通过红外线摄像机和红外线发光二极管的一系列协同配合，达到定位的目的。,但是要实现高精度的光跟踪技术，配备要求比较复杂。,3.无线定位系统的主要研究内容无线定位相关技术,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线定位相关技术,2,超声波定位,超声波定位系统由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各应答器之间的距离。,当同时有三个或三个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。,但是这类系统需要大量的底层硬件设施投资，成本太高，无法大面积推广。,3.无线定位系统的主要研究内容无线定位相关技术,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线定位相关技术,3,射频识别（,Radio Frequency Identification,，,RFID,）,典型的,RFID,系统包括：读卡器（,Reader,）、电子标签（,Tag,）、主机（,host,）及数据库。,当系统要进行物体识别工作时，主机通过有线或无线方式下达控制命令给,Reader,，,Reader,接收到控制命令后，其内部的控制器会通过,RF,收发器发送出某一频率的无线电波能量，当,Tag,内的天线感应到无线电波能量时，会传回含有自身种类识别码标志、制造商标志的识别资料给,Reader,，最后传回主机进行识别与管理。,RFID,系统用活性参考标签,Tag,替代离线数据采集，其动态参考信息能够实时捕捉环境变化，提高定位精度和可信度。,活性参考标签,Tag,的应用免去了每个测试点数百次的人工数据采集，且能更好地适应室内环境的波动，提高定位精度。,3.无线定位系统的主要研究内容无线定位相关技术,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线定位相关技术,4,蓝牙技术,蓝牙技术是一种短距离低功耗的无线传输技术，支持点到点的话音和数据业务。,在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，就可以获得用户的位置信息，实现蓝牙技术定位的目的。,采用蓝牙技术进行室内短距离定位，优点是容易发现设备，且信号传输不受视距的影响，缺点是目前蓝牙设备比较昂贵。,3.无线定位系统的主要研究内容无线定位相关技术,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线定位相关技术,5,传感器融合技术,现在有很多定位系统，如何能够在这个基础上得到单个的系统不能达到的定位精度？这就需要传感器融合。,例如，如果有几个基于不同误差分布的系统结合起来，这样就能获得更高的定位精度，它们之间的关联性越小，所获得的效果可能越明显。,举一个具体的应用例子，机器人的定位，包括超声波、激光及摄像头，使用传感器融合组合定位，机器人运用和统计技术和多遥控设备配合来达到传感器融合。,这些技术对普适计算中的定位系统有很大的参考意义。,3.无线定位系统的主要研究内容无线定位相关技术,3.,无线定位系统的主要研究内容,无线定位相关技术,6,Ad Hoc,定位感知技术,Ad Hoc,网络方面的研究的贡献就是不用关注基础设施和控制这样的方式来实现定位。在一个纯粹的定位系统中，所有的移动台都是网络的节点。,通过和附近的移动台交互测量数据来补偿测量的方式，一组,Ad Hoc,终端就趋向于精确定位附近的所有节点的位置。,这一组终端里面，每个节点都能得到自己与其他节点的相对位置，其中一些节点的绝对位置可以知道，那么所有的节点都能借此计算自己的绝对位置。,三角定位法、场景分析、近邻定位法是室内定位采用的主要的技术方式。,Ad Hoc,系统用廉价的定位标签，每个标签可以感知无线信号的衰减程度来估计彼此之间的距离。,3.无线定位系统的主要研究内容无线定位相关技术,习 题,1,简述无线定位的起源。,2,无线定位系统中有哪些常用定位技术？,3,说说你所了解的无线定位系统的应用。,4,无线定位分为哪三类？无线局域网定位又有哪四种定位技术？,5,无线定位系统的主要研究内容是什么？,6,无线定位的基本原理是什么？,7,以室内定位系统为例，有哪些相关定位技术？,8,无线网络协议有哪些？,习 题,