普适计算中的定位感知系统
射频发射器和射频接收器，系统利用信号的到达时差（TDOA）或者信号的长度来测量对象的三角位置。但是这种技术的定位误差太大，一般为1~3m，因此不能为普适计算所用。
??②红外线。采用红外线定位技术的系统，一般通过移动设备在一个预定的时间间隔内发射红外波来实现。系统通过接收这些红外波并计算到达时间（TOA）来测量对象的位置，但其缺点是容易受到太阳光的干扰，而且精确度不高，不能满足室内定位感知系统的要求。
??③全球定位系统（GPS）。GPS是近几年来得到广泛应用的定位系统，它利用卫星系统来实现定位功能。但是一旦在室内，卫星信号便会丢失，GPS系统就失去了功能，无法进行定位服务；而且其定位的误差一般达到10m，因此无法被应用到模型中去。
??④超声波。超声波传感器一般工作在40~130kHz的范围内，它利用信号的到达时间TOA进行精确的距离计算，系统利用这些距离信息进行三边测量运算。超声波接收器测量其与发射器的距离时使用一个预定的频率。通过使用多个接收器，一般一个二维定位测量必须最少有2个，最好用4个或更多个，才可能得出一个比较精确的结果。主要是因为超声波信号容易受到高频信号的干扰，而且容易因为反射而得到错误结果。在AT&T实验室的Bat系统中，定位所产生的误差能够被控制在3cm以内；因此，超声波技术是一项适合普适计算的技术。
2一种普适计算定位感知系统模型
??考虑到目前世界上已有的系统一般都是单一的定位系统或者位置系统，所实现的服务功能比较单一，都不太适于普适计算。
2.1系统模型体系结构
??下面一种我们自行设计的定位感知系统模型具有如下特点：
◇实现了最小功能的简单定位感知系统模型；
◇将定位系统与位置系统结合在一个体系结构中；
◇在不考虑误差的情况下，能够利用三角计算实时确定对象的二维位置及行动方向；
◇系统能够积极主动为用户提供信息服务；
??图2是这一模型的简单体系结构图。
??定位系统是本模型的重点之一，系统利用它来精确定位每一个对象。这里采用的是改进的Bat系统，每一个室内用户都携带两个手掌大小的无线设备Bat。这种小器件配有一个蜂鸣器，能够发射超声波脉冲；在室内的天花板上安装有传感器，能够接收超声波脉冲，并能测量超声波脉冲信号的到达时间（TOA）；传感器随即将TOA数据通过WLAN传送给控制处理器，控制处理器通过这些数据测量出用户的三维位置信息。基于这一思想，我们考虑这样一个实验环境：一个矩形的大厅，用户在大厅内活动，厅内安置各种智能服务设备，如报时器、报警器、语音提示器、摄像机等；但也应有一些障碍设备，比如带电的按钮、高温禁区等。每个用户的双肩都装有两个Bat，能够发射超声波信号，在大厅天花板的4个角落各安置一个超声波接收器。考虑到接收器的接收能力以及误差的因素，大厅的长与宽应在一个限度以内，如图3所示。
??在二维位置及方向的测量中，我们选择离对象最近的两个超声波接收器所接收的距离信息，不妨设A1、A2离同一用户肩上同一BatB1较近，测得距离分别为L1、L2，A1与A2相距L3，平面坐标如图4所示。
??由图4可知，B1点的坐标可由三角公式算出：
??x=（L12＋L32－L22）/2L3y2=L22－x2
??于是得出BatB1的坐标位置（x，y），同理可以算出另一BatB2的位置，由B1与B2的动态位置信息即可以测出对象的行动方向。定位系统获得这些位置信息后，立即向系统控制中心传送。
??系统控制中心是整个系统的控制管理中心，它负责将位置信息或者对象集信息向事务处理中心传送，将位置信息向位置系统传送。它必须能够实时处理大量的各种信息，并进行分析检测。
??事务处理中心是整个系统的服务发送者与处理单元。它通过接收系统控制中心传来的各种信息，或者响应用户的服务请求，或者主动向用户广播各种有用信息，比如语音提示、智能报警等。
??通信环境为所有部件的信息传送提供支持，在这里我们采用的是WLAN技术，这是符合网络未来发展趋势的一种有效的技术。对于协议类型，我们暂时考虑使用802.11系列协议中的一种。
??位置系统也是本模型的重点，它的功能是实时获取特定位置的对象集信息，并将信息向系统控制中心传送。模型中我们采用了一种移动代理（MobileClient）技术，其核心思想是：为大厅内的每一个用户配备一个用户代理，用户通过代理与本地其它对象，包括其它用户和一些设备，通过通信环境部件进行交互。当位置系统获得系统控制中心传送的用户位置信息后，立即启用其用户代理。此用户代理随着与这一位置的WLAN单元进行交互，从而来确定用户所在位置的对象集信息P，其功能用映射关系表示为：（WLAN单元）=P。
2.2模拟实验的可能误差分析
??考虑到普适计算所要实现的功能，应用本模型所进行的模拟实验必须达到相当的精确度才能满足准确定位的要求。在上面提到的模拟实验环境中，可能影响定位结果的误差因素一般有：实验环境、时钟频率、超声波的反射等。
??实验环境误差的产生主要是由于超声波的易被干扰性。影响的主要因素是噪声的干扰，它导致超声波信号之间的碰撞。这种噪声同系统具有相同的频率，从而对实验中的超
声波信号产生干扰或碰撞，导致正确信号的消散或是反射的产生。这些可能的噪声有收音机的无线波、钥匙的碰撞声或者击掌声等。解决的办法是将环境进一步智能化，如将收 《普适计算中的定位感知系统(第2页)》
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??②红外线。采用红外线定位技术的系统，一般通过移动设备在一个预定的时间间隔内发射红外波来实现。系统通过接收这些红外波并计算到达时间（TOA）来测量对象的位置，但其缺点是容易受到太阳光的干扰，而且精确度不高，不能满足室内定位感知系统的要求。
??③全球定位系统（GPS）。GPS是近几年来得到广泛应用的定位系统，它利用卫星系统来实现定位功能。但是一旦在室内，卫星信号便会丢失，GPS系统就失去了功能，无法进行定位服务；而且其定位的误差一般达到10m，因此无法被应用到模型中去。
??④超声波。超声波传感器一般工作在40~130kHz的范围内，它利用信号的到达时间TOA进行精确的距离计算，系统利用这些距离信息进行三边测量运算。超声波接收器测量其与发射器的距离时使用一个预定的频率。通过使用多个接收器，一般一个二维定位测量必须最少有2个，最好用4个或更多个，才可能得出一个比较精确的结果。主要是因为超声波信号容易受到高频信号的干扰，而且容易因为反射而得到错误结果。在AT&T实验室的Bat系统中，定位所产生的误差能够被控制在3cm以内；因此，超声波技术是一项适合普适计算的技术。
2一种普适计算定位感知系统模型
??考虑到目前世界上已有的系统一般都是单一的定位系统或者位置系统，所实现的服务功能比较单一，都不太适于普适计算。
2.1系统模型体系结构
??下面一种我们自行设计的定位感知系统模型具有如下特点：
◇实现了最小功能的简单定位感知系统模型；
◇将定位系统与位置系统结合在一个体系结构中；
◇在不考虑误差的情况下，能够利用三角计算实时确定对象的二维位置及行动方向；
◇系统能够积极主动为用户提供信息服务；
??图2是这一模型的简单体系结构图。
??定位系统是本模型的重点之一，系统利用它来精确定位每一个对象。这里采用的是改进的Bat系统，每一个室内用户都携带两个手掌大小的无线设备Bat。这种小器件配有一个蜂鸣器，能够发射超声波脉冲；在室内的天花板上安装有传感器，能够接收超声波脉冲，并能测量超声波脉冲信号的到达时间（TOA）；传感器随即将TOA数据通过WLAN传送给控制处理器，控制处理器通过这些数据测量出用户的三维位置信息。基于这一思想，我们考虑这样一个实验环境：一个矩形的大厅，用户在大厅内活动，厅内安置各种智能服务设备，如报时器、报警器、语音提示器、摄像机等；但也应有一些障碍设备，比如带电的按钮、高温禁区等。每个用户的双肩都装有两个Bat，能够发射超声波信号，在大厅天花板的4个角落各安置一个超声波接收器。考虑到接收器的接收能力以及误差的因素，大厅的长与宽应在一个限度以内，如图3所示。
??在二维位置及方向的测量中，我们选择离对象最近的两个超声波接收器所接收的距离信息，不妨设A1、A2离同一用户肩上同一BatB1较近，测得距离分别为L1、L2，A1与A2相距L3，平面坐标如图4所示。
??由图4可知，B1点的坐标可由三角公式算出：
??x=（L12＋L32－L22）/2L3y2=L22－x2
??于是得出BatB1的坐标位置（x，y），同理可以算出另一BatB2的位置，由B1与B2的动态位置信息即可以测出对象的行动方向。定位系统获得这些位置信息后，立即向系统控制中心传送。
??系统控制中心是整个系统的控制管理中心，它负责将位置信息或者对象集信息向事务处理中心传送，将位置信息向位置系统传送。它必须能够实时处理大量的各种信息，并进行分析检测。
??事务处理中心是整个系统的服务发送者与处理单元。它通过接收系统控制中心传来的各种信息，或者响应用户的服务请求，或者主动向用户广播各种有用信息，比如语音提示、智能报警等。
??通信环境为所有部件的信息传送提供支持，在这里我们采用的是WLAN技术，这是符合网络未来发展趋势的一种有效的技术。对于协议类型，我们暂时考虑使用802.11系列协议中的一种。
??位置系统也是本模型的重点，它的功能是实时获取特定位置的对象集信息，并将信息向系统控制中心传送。模型中我们采用了一种移动代理（MobileClient）技术，其核心思想是：为大厅内的每一个用户配备一个用户代理，用户通过代理与本地其它对象，包括其它用户和一些设备，通过通信环境部件进行交互。当位置系统获得系统控制中心传送的用户位置信息后，立即启用其用户代理。此用户代理随着与这一位置的WLAN单元进行交互，从而来确定用户所在位置的对象集信息P，其功能用映射关系表示为：（WLAN单元）=P。
2.2模拟实验的可能误差分析
??考虑到普适计算所要实现的功能，应用本模型所进行的模拟实验必须达到相当的精确度才能满足准确定位的要求。在上面提到的模拟实验环境中，可能影响定位结果的误差因素一般有：实验环境、时钟频率、超声波的反射等。
??实验环境误差的产生主要是由于超声波的易被干扰性。影响的主要因素是噪声的干扰，它导致超声波信号之间的碰撞。这种噪声同系统具有相同的频率，从而对实验中的超
声波信号产生干扰或碰撞，导致正确信号的消散或是反射的产生。这些可能的噪声有收音机的无线波、钥匙的碰撞声或者击掌声等。解决的办法是将环境进一步智能化，如将收 《普适计算中的定位感知系统(第2页)》
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