无线电环境意识和应用程序

文摘

上下文是指“任何信息,可以用来描述一个实体的情况下,在一个实体可以是一个人,地方,或物理对象。“无线电环境意识被定义为能力的检测和估计系统状态或参数,在全球范围内或关于它的一个组件,在提高性能的无线电系统物理、网络或应用程序层。在本文中,我们审查的基本面上下文感知和最近的进展主要增加了上下文感知无线电技术和智能化带来的挑战和新的机会增值应用程序的上下文中下一代的无线网络。

1。介绍

现代无线系统需要管理无线资源的有效和灵活的方式来最大化网络容量。此外,他们正在增加的复杂性和普遍性在几个尺度,在现实世界中引起异构,更分散、复杂的系统。在这种背景下,新一代无线电系统需要实现高容量、高可靠性、灵活性、自适应性,并全力支持创新的应用程序和服务,利用上下文的感知和周围的环境。因此,协作意识、机灵和自适应性是这一趋势的关键字包括所有的无线电技术,从无线个人区域网(WPAN)无线城市网络/广域网络(人/ WAN)和无线局域网络(WRAN)如图1。无线传感器网络(WSN)的无线电技术主要属于WPAN,发挥着基础性的作用领域的无线电环境意识:这些传感网络通常是由大量的低功耗,便宜,和长寿命与传感节点,计算,和无线通信功能,可以产生,数度的性能和复杂性,将讨论的特性和相关应用程序。

如上所述有效地在1),上下文的问候”的任何信息,可以用来描述一个实体的情况下,一个实体是一个人,地方,或对象,被认为是相关的用户和应用程序之间的交互,包括用户和应用程序本身。“因此,无线电环境意识问题的能力检测系统状态或估计系统参数以提高通信性能从物理网络层或为了提供必要的上下文信息先进的服务和应用程序。信道状态信息、能源消耗、定位和环境映射,活跃设备之间的相互干扰和频谱使用的系统状态信息,可以提高通信网络本身的效率或应用程序的有效性,可以建立在这种背景下知识(2- - - - - -12]。如今,很明显,无线电环境感知技术可以进一步给出一个强烈的冲动,新的应用程序和提高通信系统的性能操作几个方面。

实施这一趋势也正在进行物联网(物联网)的发展,普遍联系的环境将促进传感、通信和交互功能,直到现在从未被观察到。物联网和互联网将提供一个潜在的大幅增加地球的意识,和未来的通信平台,特点是相关和提高水平的传播意识,无线电技术将起到至关重要的和不可替代的作用,他们的移动和灵活的沟通能力或信息,可以从周围环境中提取13,14]。由于电磁传播的特性,一个无线电收发机不仅是一种交流工具了,但一个传感器本身周围的背景和环境。因此,无线通信的一个关键支持技术的新范式。例子的潜在应用领域跨越所有最有前途的下一代系统和基础设施,如(i)电子健康(电子健康系统),(2)智能汽车和智能交通基础设施,(3)智能建筑和房屋,(iv)智能电网(v)环境监测和控制,并(vi)上下文意识到移动服务。

综述论文,我们特别感兴趣的技术,可以提高通过无线电传输,提供信息环境意识到应用程序。部分2描述了电台的主要概念和上下文感知模型用于分类的贡献。特别是我们单独的贡献无线电意识从那些用于增强系统性能可在应用程序层用于特定的服务和功能。下一小节将致力于三个主要部门,一直活跃在近年来在这一领域,可以提供一个进一步的贡献和发展在不久的将来:部分3提出一项调查人或物体的识别通过无线技术,部分4和5致力于无线电探测和无线电定位的广大地区。所有这些部分表达式上下文感知的主要贡献来自收音机现代和未来的通信系统的物理层。

2。收音机的上下文感知模型

意识是认知活动的先决条件,因此我们通常所说的情报。在[15],Mitola分类方面的认知任务九无线电网络的能力水平;过程从标准的智能无线电包括以下基本步骤,以越来越水平的认知能力。(我)上下文或环境意识与最小用户参与。(2)根据客观的学习和规划的能力。(3)自主能力调整、修改计划和协议。

Mitola以来的工作15,16),认知无线电的概念开辟了一个广泛的研究活动,提高频谱效率的目的和设计无线电系统的灵活性。尤其是频谱使用的机会,有效利用可用,免费广播频道已经在这一领域的主要研究课题,和光谱遥感已成为基础,使函数认知无线电系统的物理层(2,3]。已经多次观察授权频谱的拥挤的进化并没有避免underexploitation,导致新的频谱共享系统的必要性17]。微积分,(18),制定以下认知无线电广播网络的定义:“认知无线电是一种智能无线通信系统,意识到周围的环境(即。,outside world) and uses the methodology of understanding-by-building to学习从环境和适应其内部状态统计变化传入的射频(RF)刺激通过相应的变化在某些操作参数(如传输功率、载波频率、调制、编码方案),有两个主要的目标记住:(i)高可靠通信随时随地获得和(2)无线电频谱的有效利用。“很明显,要注意,学习,根据一些适应的目标是认知循环的关键步骤。

其他几个定义出现在文学和文档的标准化机构和一个详尽的讨论这些定义可以发现在19]。

在绝大光谱方法和占据了电台的应用程序上下文感知区域,在此我们正在考虑那些更加严格的技术与创造的可能性智能上下文敏感的应用程序而不是直接提高沟通效率,即这些属性的无线传输和传播提供了一些关键功能的环境感知系统。在图2,我们分类的主要函数,可以来自无线电传输上下文意识根据其主要用途:(i)为应用程序和服务层或(ii)对无线传输的效率本身的能力,保险,和/或机会主义剥削的无线电资源。我们观察这个部门开发有关的三个基本物理域,即时间、频率和空间。提高意识在打开的时间和频率域环境的新的潜在能力的提高传输效率,因为这是加强相关知识的信号(和可能的干扰在周围的环境中)。另一方面,所有有关增强知识空间的发射器可以产生一些优势的传输效率,更重要的是,大量的应用程序和服务的用户,机器,系统现在和周围环境的工作。因此,电磁传播之间的关系和空间和派生的可能性空间属性(或存在检测和识别,位置和速度)的用户和/或对象的主要贡献是无线电传输物理层可以提供上下文感知系统的应用程序层(图2)。

值得观察的是,这种配方的无线电环境意识还可以集成在认知无线电的最近的演进,特别是认知网络、环境认知的扩展从物理和数据链路层的网络和应用程序的。根据这项研究,无线环境丰富了其他认知层,首先形成一个复杂的网络和用户环境和交叉层所谓的多畴的环境(20.,21]。

显然,无线环境意识还有些成本和缺点,主要是关于复杂性的增加(在设备架构和/或算法计算负载),交通(网络中节点之间,和能源消耗。这些具有挑战性的问题和缺点取决于选择的算法解决方案实现上下文感知的措施。我们可以分类算法方法根据他们的合作性质和计算负载的分布。首先,在一个合作方法中,一个传感器网络执行上下文参数相关的观察和测量。因此,大量的措施可以可用的上下文参数估计,具有明显的性能优势。此外,合作可能是必需的,例如,当传感器网络是由移动节点或单一节点时没有达到一个令人满意的上下文参数估计的能力。合作方式的主要缺点,尤其是在一个基础上,就是因为更多的节点能耗要求加入整个过程;因此,妥协必须实现性能和能耗。其次,算法可以在集中式或分布式的方式。在一个集中的方法中,所有节点传输估计单个节点的措施,选择根据网络拓扑结构或其技术和庞大的计算能力的特征。 Conversely, in a distributed approach, the algorithm is performed by a subset or by all the nodes, and the result is computed locally. The main advantage in a distributed approach is given by the reduction of the necessity of transmitting data to the unique central processor; in fact, in a distributed approach, nodes send measured data mainly to their neighbors, and the final measure is usually derived by successive refinements performed in an iterative way. So, centralized and distributed approaches have an impact on the network traffic, on the computational load, on the final performance, on the estimate latency, and on the energy costs. The main tradeoff to be analyzed is usually between the network traffic and the computational load in the network nodes. Also in this case, the energy consumption plays an important role since transmission is usually more expensive than data processing and computing, and hence reductions of data traffic can guarantee important advantages.

第二部分,致力于广播领域的识别、检测和定位,分别提出简要回顾的无线电技术实现这些功能,主要的实际应用,然后调查最新进展发表的文学作品。

3所示。无线电识别

无线电识别依赖于自动交换信息的可能性,一个人的身份/对象通过无线电传输的数据包。无线电识别可能发生通过主动或被动系统,称为RFID系统:前使用一个电源发射无线电频率信号而后者可以通过电磁感应在读取短的范围。射频识别系统提供自动识别和由小型设备,称为转发器或标签,可以读或写的收发器,叫读者。此外,该系统通常是完成一个数据库,其中包含的数据记录与标识消息发送的标签(图3)。射频识别系统可用于识别物体和人员来管理库存和跟踪在一个巨大的各种各样的应用和领域,如(我)人和动物的跟踪,(2)物流和跟踪对象(库存、供应链管理、行李在机场控制、仓库、商业中心、工业、医院、浪费控制,和容器),(3)控制货物的真实性(奢侈品、处方药),(iv)访问控制(构建访问、汽车访问)(v)非接触式支付人数和票务(地铁、公共交通系统、博物馆和体育馆)。

物理功能原理是基于被动或主动标签和读者之间的互动,实现主从架构。标记包含电子存储识别信息,可以阅读几家距离(范围从几厘米到几米远),不一定是在视线,无线条件。无线电频段不同,和他们几个力量和相关性能参数;表1报道了现有的主要标准与相应的操作频率。

而主动标签操作通过发送和接收短包标准数字调制格式,被动标记依赖于交换信息和收发器的不同的物理机制。在后者情况下,标签应答器接收来自读者通过磁感应:它的力量收发器发送的电磁信号标签,标签偶极天线指控一个电容器,然后电容器释放储能标签的线圈。最后,线圈传输包含编码信息的信号收发器的读。更详细的审查的射频识别技术及应用,读者可以参考(22- - - - - -28]。

在无线电识别、近场通信(NFC)包括技术RFID和移动电话之间的融合,特别是智能手机和类似设备(29日,30.]。无线电通信是激活附近(通常少于10厘米)或两个移动设备之间的联系,和最有前途的应用程序包括非接触、快速付款和社交网络。NFC是在ISO / IEC 18092, ISO / IEC 21481和ecma - 340, ecma - 352标准(见表1):这些标准指定调制、编码、帧格式、初始化和传输协议。

下一节3.1总结了通过选择最近的结果在这一领域的论文发表在过去的3年。

3.1。无线电识别的最新进展

我们有组织选定的出版物为以下主要研究和开发领域。

3.1.1。天线设计

最多的近期文章致力于设计的射频识别系统的两个基本元素,那就是,阅读器和标签的天线(31日- - - - - -33]。读者天线应该生成一个强磁场而标签天线,通常受到大小和形状的限制,还应该健壮的角位置和方向。在[34),作者提出一个窄带,小天线,实现通过喷涂导电涂料在汽车底盘。

3.1.2。标签在金属表面

众所周知,RFID标签遭受大的附加导电表面时性能下降。在[35,36),作者提出了两种天线设计,适合安装在金属物体。

3.1.3。技术

在这种情况下,(37]介绍了RFID标签天线的设计和制造在较低的微波频率范围(3.5 GHz)在纸上衬底和喷墨印刷过程;这种技术保证很容易再现性,机械的灵活性,和超低成本。

3.1.4。安全

安全是另一个当前的研究课题,因为大多数现有的RFID标签可以克隆或跟踪。在[38),作者实施和研究射频指纹识别认证个人RFID标签在物理层;射频指纹识别是通过将一个射频波形与它独特的来源,和,在一个RFID标签,这需要找到这些独特的变化在其射频签名。在[38),作者使用指纹技术作为动态小波相结合,小波包分解,和高阶统计,获得高水平的验证精度。

3.1.5。应用程序

相当数量的文章都是致力于RFID射频识别设备和系统的应用程序或设计为特定用途。我们提到了两个字段,很有前途,机器人导航和医疗保健系统。在[39],作者设计特定的射频识别标签和设备移动机器人导航和定位,面临的典型问题限制标准的RFID技术在这个应用程序中,也就是说,大小、重量、功耗的转发器、多路径的影响,表面上的射频识别性能和依赖支持。因此,临时读者和标签设计和实现与特定保健天线设计,优化的技术成本、辐射模式,偏振,增益,和频率的要求。本研究证实,射频识别技术,主要特点是低成本和可用的技术解决方案,提供了机会和定制具体的解决方案的灵活性。在[40),射频识别应用医疗是通过设计、实现,和测试系统的自动病人识别、实时位置,和跟踪医疗资产和设备,可靠的药品库存在一个肿瘤医院在塞浦路斯。

3.2。研究的挑战和机遇

无线电识别方面的主要研究和技术挑战的范围和可靠性性能存在恶劣的环境,特别是金属表面和/或多个源的特征。这些设备的小型化天线设计和技术是一个过程的一部分,将RFID设备中嵌入不可见许多对象,因为他们的生产;这种发展显然是相关的大量对象,将连接到互联网在未来(物联网)。当然,能量收集和管理技术将继续成为基础研究和自主发展主题,被动或主动,设备。最后,安全防止未经授权的访问和滥用这种简单廉价的网络肯定会需要进一步研究努力在未来的未来。

4所示。无线电探测

无线电设备可以用于感应接收信号的变化,更重要的是,在信道脉冲响应。源自这些接收到的信号的波动变化的无线电波传播时额外被动对象和/或人员介绍了在给定的环境中。如果无线电定位(部分5)通常相关位置估计的活跃的收发器,无线电探测的探测活动或相关科目不参与无线电传输。因此,无线电探测的能力依赖于感应接收无线电信号的变化所产生的变化的周围环境,负责特定的电磁波的散射和反射模式。在这个领域,通常是基于以下的技术参数,可以从接收到的信号,水平增加的复杂性:(我)接收信号强度指示(RSSI),(2)通道延迟和多普勒偏移,(3)信道脉冲响应。估计这些参数通常是在两个或两个以上的活跃,通常但不一定是静止的,设备监控环境。这些设备,也可以托管在古典雷达的情况下,交换无线电信号来监测参数的变化。信道脉冲响应是最一般的方法检测修改造成的环境中引入新元素的环境或修改现有的;底层物理机制是简单的叠加或修改多个路径的电磁波。通道延迟和多普勒频率偏移通常是利用雷达应用,移动物体的探测和跟踪处理反射信号。另一方面,RSSI的变化通常用于检测入侵或存在新对象或在给定的环境中。这里,我们感兴趣的是无线电探测的应用在室内环境中由于这是最具挑战性和创新的情况下,从应用程序的观点。因此,所涉及的主要技术是WLAN和WPAN的室内应用,即标准IEEE 802.11(例如无线网络)和IEEE 802.15(例如蓝牙和无线个域网)。

如果户外雷达系统是主要技术领域的无线电探测和跟踪,最近室内雷达技术收购增加意义的许多应用程序。近年来,超宽带(UWB)技术已被广泛地研究过了在这一领域的有趣特性的时间,因此信道响应解决。超宽频脉冲无线电(UWB-IR)利用超短脉冲持续时间的收益率ultrawide带宽信号的特点是极低的功率谱密度。这些信号可以作为短程无线通信覆盖技术,他们可能结合免疫多路径衰落,低截获概率(LPI),低功耗,高时间分辨率。根据IEEE 802.15.4a标准化(图1),最低分配信道带宽499.2 MHz, UWB-IR传输之间围绕运营商3和5 GHz, 6 - 10 GHz。

在过去的几年,也极大的兴趣吸引到墙雷达成像(TWRI)技术,利用宽频带信号的渗透通过障碍检测和识别人和对象,隔着墙对收发器。这种技术显然遭受显著衰减,增加了多路径和散射效应,大假警报概率对标准室内雷达。这些障碍通常减轻通过增加传感器的数量,通常在数组组织利用波束形成技术和优化他们的位置以外的区域扫描;然而,用于检测的物理参数通常是多普勒信号和信号的变化。

无线电探测进行了总结的主要应用在以下领域:(我)人或动物的入侵检测,(2)电子健康(电子健康)的背景下,一些技术可用于检测异常状态的病人的参数,例如,呼吸,(3)运动检测的物体或人。

4.1。无线电探测的最新进展

本节致力于这一领域的主要进展的调查通过一些选定的出版物的最后三年,位于以下字段。

以下4.4.1。活动或入侵检测

在[41),我们发现的一个例子活动检测的分析修改的射频通道。作者分类noncooperating活动(即。,nontransmitting) subjects, as walking, lying, crawling, or standing persons, and they detect them achieving a localization accuracy within 1 meter. References [42,43]目前人类和入侵检测系统的例子基于RSSI的变化监测在室内环境中,与一个评论的选择应用程序,如节能住宅环境。最后,(44)显示了shoe-based导航的实现一个射频传感器可以测量其位置的表面精度优于1.3毫米和检测一个人运动缓慢的191μ米/秒;这个结果是一个相当大的改进对标准惯性传感器。

4.1.2。生命体征检测

检测呼吸和心跳频率相关的信号通过射频信号在医疗领域吸引了相当大的兴趣,尤其是对这些系统的非侵入性性质。自动医疗监测系统可能是真正有效的尤其是对人口老龄化和早期症状检测在心脏病发作或慢性疾病。传感器在[45,46)是基于UWB-IR技术的属性(大带宽和高时间分辨率),(47,48)是基于一个可穿戴的多普勒雷达在2.45 GHz和活动的环境检测系统在5.8 GHz,分别。

4.1.3。室内雷达

在[49),一个基于超宽频的导航系统,它允许在室内环境中移动机器人导航更准确地对现有的传感器技术,提出了里程表和声波。这证实了超宽频信号检测方面的优势障碍,由于他们的高时空分辨率。然后,(50]提出了一种超宽频雷达系统,能够整合基于成像监测系统,利用一个低数量的天线(五)估计目标运动,旋转,和形状精度水平明显大于常规方案基于天线阵列的传输频率。

4.1.4。通过墙上的成像

系统提出了(51)提高了鲁棒性提到TWRI障碍(部分4)通过一个复杂的目标分类;图像分为分段对象分类等功能材料,形状,等等。这个目标分类的特点是测量功能,统计和几何分辨率和位置独立,这个属性执行的鲁棒性和性能的高分辨率TWRI基于天线阵列。另一方面,(52)是专注于一个自适应检测方案,不依赖于图像统计先验知识,但它更新和调整参数的迭代检测过程。

4.2。研究的挑战和机遇

无线电探测的主要研究和技术挑战方面的成就令人满意的性能在困难面前传播环境中,尤其是仿真结果和/或与多个潜在干扰目标。在典型的传播条件的室内雷达和TWRI实现,也杂乱现象复杂化假警报事件的管理。最后,提高的可能性,在检测过程中所获得的信息被动对象(例如,关于形状和旋转)是一个具有挑战性和有趣的机会,尤其是在存在有限的传感器系统的复杂性。

5。本地化

无线定位一直是一个伟大的话题和增加兴趣过去几年因为它打开一个广泛的高级应用程序与一个在不远的未来无线市场至关重要的作用。在不同尺度的所有无线系统(图1从短程WPAN),大范围蜂窝移动系统(大区域网络的第二,第三和第四代),固定/移动设备的定位(或目标)是通过交换之间的无线电信号参考基站放置在已知位置(称为信标或锚)和未知的目标位置。

可以利用定位在一个大范围的应用程序和领域,如制造业、交通、车辆临时网络,医学,农业,旅游,就更不用说。正确的本地化功能设计的主要应用无线电系统可以分类如下。(我)位置感知服务。(2)紧急情况下。(3)安全。(iv)环境监测。(v)定位和跟踪的对象,人,和动物。

目标坐标计算通过使用一个初步估计的一些物理参数可以从接收到的信号。典型的本地化参数在下面的列表。(我)到达时间(TOA)和到达时间差(辐射源脉冲)。(2)到达角(AOA)或到达方向(DOA)。(3)接收信号强度(RSSI)。RSS措施是廉价和简单而高分辨率TOA-based措施(尤其在超宽带系统)可以要求相关资源的采样率和计算复杂度。这些参数的估计精度主要取决于信噪比。此外,到达的时间是影响信号带宽(时间分辨率带宽成反比),非线性的仿真结果)信道条件(引入一个抵消传播时代),和多路径。到达角估计可以通过使用阵列的传感器或设备,因此他们也主要是影响数组元素的数量虽然RSSI大大受到大规模的阴影和小规模的淡入淡出效果,影响与真正的传播距离。

这些参数是通过不同的估计方法相结合,主要运用经典估计方法和利用几何multilateration /测角约束。这些算法实现,通常以一种不太理想和迭代的方式,成本函数最小化的目标协调相关错误。因此,给出了这些参数和目标坐标之间的关系通过分析模型或实地测量,通常被称为指纹识别技术或数字地图。一个伟大的研究工作中也已经花在集成不同的测量参数通过数据融合和混合定位算法。图4演示了一个典型的场景,一些目标节点应该位于固定信号存在与否。很明显,在没有固定信标与已知位置,只有现有目标的相对位置将会计算而存在的足够数量的灯塔与已知位置允许目标绝对坐标的决心。也很重要的话,定位性能决定通过节点的数量在本地化过程中所涉及或他们的位置。图4和表2报告的主要概念,描述的方法来确定位置的估计,根据不同的模式包括网络节点的过程。首先,合作本地化打开的一个基本的原则设计选择在这个上下文:在合作的方法,也与未知节点位置,或目标,配合定位算法,即通过允许在未知位置交换节点测量在对等的基础上(图4(一))。在一个非合作的方法中,目标交换测量只有灯塔(图4 (b))。此外,定位可以利用集成不同技术的节点(例如,卫星全球定位、细胞和WLAN系统)。集中式和分布式的实现需要仔细设计妥协在交通方面,计算负荷,和能源预算中已经观察到的部分2。

最后,许多定位方法是基于标准评估技术:non-Bayesian方法,在最大似然估计(标定),经典最小二乘(LS)、梯度下降方法和加权LS (WLS)和贝叶斯方法,最大后验(MAP),最小均方误差(MMSE),或利用粒子过滤器。其他方法最小化代价函数基于遗传算法,主要应用于集中解决方案。

当然,完成本地化概念的跟踪,包括连续治疗之间的关系的能力目标的位置在一个轨迹。详细审查的定位算法可以发现在53- - - - - -62年]。

5.1。无线电定位的最新进展

本节致力于这一领域的主要进展的调查发表在过去的3年。选中的出版物,也提供一个视图在目前最有前途的研究领域,是位于以下字段。

5.1.1。性能的限制

相当大的努力一直在调查的理论性能界限定位算法;这个问题是复杂的自定位精度或链接传输质量取决于网络的拓扑结构。参考文献(63年,64年]目前的定位性能的基本限制,位置误差平方的绑定(SPEB),在宽带无线网络和多路径环境。文献[63年)是专用的一般理论框架,基于等效费舍尔信息的概念和发展上接收到的信号波形的信号指标,如到场时间和接收信号强度。文献[64年]调查合作位置感知网络的限制,为合作提供等价的费舍尔的几何解释信息网络(信号和目标)和派生性能限制和他们的扩展属性。然后,(65年)利用一个有趣的概念:移动设备的定位是建模框架的香农容量通信范围,建模编码的位置作为一个传播信息的传播条件。这种方法允许的确定信息理论在城市环境中,它提供了条件,实现任意小的概率定位错误。工作(66年)调查的性能限制了基于RSSI定位分析相应的费舍尔信息和Cramer-Rao界限(CRB)。最后,(67年)提出了一种迭代的最大似然解传感器定位存在的非线性传播定位误差在传感器网络中,如无线电干涉定位系统(无线电频率干扰是用于获取和距离的差异四个设备)的位置。该方法是最优的,因为它达到CRB。

5.1.2中。混合动力系统

混合动力系统依靠结合或融合来自不同技术实现的措施或改善本地化。在[68年),作者提出一个分布式合作定位算法,利用卫星和地面无线系统定位措施,通过迭代消息传递算法;一个有趣的论文的贡献是建设一个因素图适合sum-product算法混合定位的应用。的工作(69年]面临相关问题常被忽视在许多文章定位:作者提出一个框架,用于混合融合基于似然函数的确定和动态更新代表测量和距离之间的关系。此操作允许使用一个基于粒子滤波器自适应估计过程,就是能解决非线性和非高斯的性质定位问题,生产性能结果非常接近crb。最近工作(70年)是专注于一个具体的例子的混合测量融合改善定位性能:该算法使用热释电红外(热释电红外传感器检测到运动和人类或动物的存在通过遥感红外辐射,取决于目标温度)和广播RSSI测量和显示有趣的实验结果也存在多个目标。最后,(71年]提出了一种提高定位的准确性,也存在混合数据源,利用卡尔曼滤波预处理嘈杂的距离测量聚集在困难的环境中,然后合作弹簧放松细化节点初始粗位置估计。

5.1.3。异构系统

在这个领域,混合融合不同的措施是通过从不同的无线电技术或系统整合的措施。存在多个异构的无线基础设施和本地化服务的需求增加,户外或室内,为这些系统的集成打开新的机遇。在[72年),作者提出了一种合作方式,能够结合RSSI措施从不同的技术根据不同的权重代表每个测量的信息贡献。该算法测试与实际测量从GSM、DVB、调频和WLAN系统户外和室内环境。在[73年),融合方法是扩展到GSM多个提供者的情况下,显示cross-provider定位算法(例如,通过一个双卡手机)提供了一个显著地提高精度。最后,由于室内全球导航卫星系统(GNSS)定位通常是不可行,点对点合作定位最近的可行性测试在这种背景下(74年- - - - - -76年];在augmented-GNSS技术(A-GNSS),这种创新的策略帮助用户提高终端的敏感性。

5.1.4。指纹识别

指纹识别技术确定设备位置通过比较与存储的RSSI措施RSSI地图,他们广泛特别是在无线系统中,RSSI测量是唯一可用的评估标准兼容的接收器。工作(77年)是致力于关键设计有效的RSSI-location映射函数,导出的改善扩散投影技术称为主成分分析(PCA)和多元判别分析(MDA)通过一个动态混合投影方法。然后,(78年)显示了昂贵的地图构建阶段可以由一个协作系统的匿名移动智能手机用户自动收集和发送数据关于室内面积逐步创建一个指纹识别地图的服务器有一个令人满意的精度水平。最后,(79年]给出了粒子滤波方法的应用与实际数据的似然估计机制获得WiMAX网络在布鲁塞尔(比利时)。

是5.1.5。RSSI

RSSI措施通常更便宜和更少的精确的其他人,和他们经常用一些简化假设噪声和信道环境。在[80年),作者提出一些新奇的RSSI和更严格的概率模型,会计背景噪音和相应的最大似然估计。然后,值得一提的是,在81年),一种改进的线性最小二乘估计量显示了RSSI-based定位在中高信噪比达到CRB。

5.1.6。多目标定位

定位和跟踪多个目标是另一个具有挑战性的问题,因为由空间分辨率的限制。最近的一篇论文(82年)提出了一种多目标同步定位和映射的新技术(MSLAM)的基础上,结合粒子滤波和截断无味卡尔曼滤波;算法执行比以前的大满贯方法在多目标场景。

5.1.7。光学定位

一个有趣的定位技术,通常称为光学无线室内定位,基于发光二极管(led),和它在同一原则的微波版本83年,84年]:阶段的差异是翻译成到达时差(辐射源脉冲),和有趣的是评论,白色led的调制带宽用于室内照明与典型的室内定位应用程序兼容。

5.1.8。射频识别定位

当然,也可以使用射频识别技术或集成在本地化的应用程序。在[85年),该算法的输入是背散射信号RSSIs从RFID标签和tag-path位置数据库,使用卡尔曼滤波器跟踪读者地位和包含一个angle-dependent路径损耗因子为提高最终的性能。在[86年],RSSI人体跟踪系统的性能大大提高了基于射频识别徽章将影响人体的徽章天线增益和方向性;这个目的,一个模型的方向性发射机徽章一个人穿的是发达国家和包含在跟踪过程。最后,(87年)是专注于感兴趣的另一个应用领域:移动的方法使自我识别车辆的位置在严酷的环境下(例如,行业和存储仓库)和两个RFID阅读器安装RFID标签返回RSSI的措施。

5.1.9。上下文感知

工作(88年)把通信的性能之间的关系和/或定位系统及其操作环境。作者提出一个上下文驱动的分层分类分类方案,以全球定位系统定位精度根据不同的环境条件;事实上,这对性能方面有相当大的影响,并且能够分类测量条件允许目标使用本地化估计改进意识的策略。

5.2。研究的挑战和机遇

在挑战和机遇在这一领域的研究中,室内和多目标本地化是一个有前途的领域,特别是,如果我们考虑真实和扩散在公共空间可用的网络和设备的应用程序目前不是专门为这个任务(WiFi网络和智能手机)。而且,艰难的传播条件(时变多径衰落条件下,仿真结果频道,和干扰)仍然是一个开放的研究问题对于这个应用程序,尤其是当实现系统有限的复杂性。最后,能源优化定位和跟踪系统,也就是说,合作之间的最优功率分配装置,是另一个具有挑战性的问题,有关在用电池供电的传感器网络应用程序。

6。结论

在本文中,我们回顾了主要的无线电技术适合应用领域的环境意识,突出的主要技术,标准和在物理层次的基本机制。在三个主要领域,无线电识别、检测和定位,我们回顾了最近的进展发表在过去的三年里,因此评论挑战,机会,和下一步研究和发展在未来环境感知系统的无线网络。

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