□□章 無線定位概述

第2章 物理測量
2.1 距離測量
2.1.1 基於信號強度的測距模型
2.1.2 基於信號到達時間的測距模型（ToA）
2.1.3 基於信號到達時間差的測距模型
2.2 角度測量
2.3 區域測量
2.3.1 單參考點的目標區域估計
2.3.2 多參考點的目標區域估計
2.4 跳數測量
2.5 鄰居測量
2.6 小結

第3章 單跳位置估計
3.1 基於距離的定位方法
3.2 基於到達時間差的定位方法
3.3 基於到達角度的定位方法
3.4 基於信號指紋的定位方法
3.4.1 離線測量方案
3.4.2 在線測量方案
3.5 小結

第4章 基於測距的多跳定位
4.1 計算組織方式
4.2 集中式定位算法
4. 2.1 多維標度（MDS）
4.2.2 半定規劃（SDP）
4.3 分布式定位方法
4.3.1 基於錨節點的網絡定位
4.3.2 坐標繫拼接
4.4 小結

第5章 基於非測距的多跳定位
5.1 基於跳數的定位
5.2 各向異性網絡中基於跳數算法的改進
5.2.1 各向異性網絡中的基於PDM的定位
5.2.2 帶洞網絡中的染色路徑
5.2.3 基於Delaunay復體的定位
5.3 基於相鄰性的定位算法
5.3.1 PIT測試
5.3.2 垂直線相交
5.3.3 相對距離估計
5.4 小結

第6章 移動連續定位
6.1 概述
6.2 蒙特卡羅定位
6.2.1 粒子濾波器
6.2.2 序貫蒙特卡羅定位
6.3 凸近似定位
6.4 移動基線定位
6.5 小結

第7章 誤差控制
7.1 測量誤差
7.1.1 距離測量誤差
7.1.2 含噪聲測距結果的負面影響
7.2 誤差特征
7.2.1 什麼是CRLB
7.2.2 多跳定位的CRLB
7.2.3 單跳定位的CRLB
7.3 定位歧義性
……
第8章 可定位性
第9章 室內定位
□□0章 位置隱私

序
隨著信息技術向更廣泛的互聯互通和更全面的智能化方向發展，物理世界與數字世界無縫融合的需求越來越高，使得無線網絡的規模不斷增大，對網絡自組織能力和移動特性的要求不斷提高，如何在相應的計算環境中準確獲取無線終端的位置信息成為至關重要而又非常困難的問題。
無線定位即利用無線信號確定物體的位置。無線定位涉及的應用非常廣，大到定位飛機、輪船、導彈，小到□□□□、手表、傳感器，從軍事到民用，從工業到農業，從生產到生活。從計算機科學的角度來看，位置是□重要的上下文之一，是判斷物體或者人所處的環境與情境的直接證據，是普適計算、移動計算、物聯網以及其他基於位置服務的基礎信息。
本書以無線定位中的物理測量、位置計算和誤差分析這３個階段為主線，全面討論了無線定位的理論、分析、繫統、實驗和性能，涵蓋了來自學術界和工業界的□新成果，有助於讀者了解這個領域的基本知識和前沿進展。
本書的作者楊錚和劉雲浩分別自2006年和2003年開始從事無線定位方面的研究工作，目前均在清華大學任教，另一位作者吳陳沭目前為清華大學博士研究生。近10年來，他們在無線網絡和移動計算領域發表50餘篇高質量的論文，其中多篇發表於相關領域的□□期刊和會議，例如IEEE/ACM Transactions on Networking，IEEE Transactions on Mobile Computing，IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems，ACM Transactions on Sensor Networks，ACM MobiCom，IEEE INFOCOM，IEEE ICDCS等。他們關於無線定位的研究成果獲得2010年自然科學獎一等獎、2011年國家自然科學獎二等獎。
我鼓勵他們將多年的工作成果和經驗加以總結，出版這部學術著作，並願意給本領域的研究人員和研究生。希望以此促進學術交流，取得共同進步。

中國工程院院士2014年1月位置計算： 無線網絡定位與可定位性前言前言
無線通信技術的高速發展使得以手機、平板電腦、筆記本電腦甚至小型無線傳感器節點為代表的移動計算終端迅速普及，目前已□□傳統的臺式計算機成為互聯網□主要的終端設備形態第30次中國互聯網絡發展狀況統計報告. 中國互聯網絡信息中心(CNNIC)，2012.。移動終端隨著使用者的移動或網絡繫統的部署而隨時變換位置，其位置信息對於無線通信技術本身以及近些年來在移動計算領域大放異彩的位置服務（Locationbased Services）具有重要意義。因此，無線定位技術成為人們關心的興趣點、工業界的應用重點以及學術界的研究熱點。
本書作者撰寫的Location，Localization，and Localizability一書由施普林格出版社（Springer）於2010年在紐約出版。一轉眼幾年過去了，隨著無線通信技術與嵌入式技術的飛速發展，特別是以iPhone為代表的智能手機的流行，無線定位技術取得了長足的發展，許多新技術和新方法將無線定位提升到更廣闊的應用舞臺，於是我們有了將這個領域的□新研究與應用成果進行總結和整理，出版一本中文著作的想法。
本書的寫作過程也是我們學習和重新學習的過程。許多精巧的設計、高效的算法、出眾的性能和實用的繫統讓我們感嘆這一領域的豐富成果以及更廣闊的未探索區域。本書的部分內容來自同行公開發表的研究成果，部分來自我們科研團隊的工作。定位技術所涉及的內容跨越多個學科，而我們的研究工作隻限於其中幾個方面，因此本書的寫作參考了許多相關方面的著作、論文和技術報告，在此向這些文獻的作者表示衷心的感謝。在本書中，我們嘗試根據自己的理解去組織、描述和評價現有的工作，爭取通過本書勾繪出無線定位技術的發展前沿。
本書按照物理測量、位置計算和數據處理這條主線來安排內容。具體來講，本書第2章討論物理測量的方法，包括測量無線信號的傳播距離、到達角度、覆蓋區域和網絡鄰近關繫等。物理測量是定位的基礎，定位的精度受限於物理測量的精度。第3章分析在物理測量基礎上的單跳位置計算方法，無論是無線自組網定位還是無線室內定位都以單跳位置計算為核心。第4章和第5章分別介紹網絡定位中基於測距的和基於非測距的多跳定位方法。第6章描述利用移動信息的特殊定位方法，網絡終端的移動性既為定位帶來了難度，也帶來了更強的位置時空關聯性。第7章討論當物理測量出現誤差或者異常的時候，如何在數據層面保證定位的精度。解決方案包括降低異常數據的權重或者直接剔除異常數據，在沒有真實數據的情況下，實現這個解決方案並不容易。在第8章中，我們關注的重點轉變為判斷物理測量所獲得的觀測信息是否充分，以保證可以計算出目標的位置。對於單跳定位的繫統，其可定位性判斷相對直觀；當應用場景從單跳定位升級為網絡定位後，可定位性的判定變得更加復雜。第9章討論相對成熟但發展依然迅速的無線室內定位技術，相對於以GPS及類似繫統占主導地位的室外定位技術，室內定位技術從思想到方法再到繫統都是百花齊放的。在□□0章中描述定位技術帶來的“隱患”，提高定位服務質量與保護用戶位置隱私似乎總是一對矛盾。以GPS為代表的衛星定位技術以及機器人定位導航技術在本書中沒有涉及。
本書面向所有對定位技術感興趣的讀者。特別地，本書可以作為本領域科研人員的參考，研究生專業課程的教材，以及大學本科高年級學生的擴展閱讀材料。本書前3章講述了無線定位基礎知識，對傳感網定位感興趣的讀者可以重點閱讀第4～8章，對室內定位感興趣的讀者可以重點閱讀第9章和□□0章。本書整體上是通俗易懂的，我們盡量保持這樣一種風格，但從本書所涉及的內容的嚴謹性角度考慮，部分章節需要讀者掌握基本的優化方法、數值計算方法，以及圖論的相關知識。
對於本書的完成，我們首先要感謝清華大學孫家廣院士、王建民教授、顧明教授，香港科技大學倪明選教授、陳雷教授，美國伊利諾伊理工學院李向陽教授，以及很多國內外的同事和同行，他們是李默、韓勁松、何源、劉克彬、王繼良、毛續飛、趙弋洋、楊磊、惠維、王小平、陳濤、簡麗榮等。在本書的寫作過程中，我們還得到清華大學和香港科技大學的多位研究生的幫助，他們包括劉峻良、周子慕、上官龍飛、孫偉、張幸林、徐涵、魏紅亮、熊曦、林瓊政、段春暉等。本書的完成得到了國家自然科學基金項目（編號61171067、61190110、61125202）、國家高技術發展研究計劃（863）項目（編號2011AA010100）和國家重點基礎研究發展計劃（973）項目（編號2012CB316200）的資助。清華大學出版社的張民老師對本書的出版給予了大力支持。在此一並表示感謝。
人生是一個不斷學習的過程，這本書可以作為我們科研工作的階段總結。

作者2014年於清華園