無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)探討

四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張 啟

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)探討

四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張 啟

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳感器技術(shù)被廣泛應(yīng)用到人們生活中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，這些傳感器的節(jié)點(diǎn)以自組織方式自動連接成一個無線網(wǎng)絡(luò)，其作用是輔助地理遙控感知，同時負(fù)責(zé)采集和處理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理區(qū)域中被監(jiān)測對象的全部信息，并將其及時傳遞給觀察者。本文主要深入研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。

無線傳感器；定位技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；定位算法

1.引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，簡稱WSN）是我國當(dāng)前新興物聯(lián)網(wǎng)的定位技術(shù)，它是基于微機(jī)電系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、分布式處理技術(shù)、無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的現(xiàn)代化技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)、搶險救災(zāi)、工農(nóng)生產(chǎn)、軍事國防、城市管理領(lǐng)域中，并取得良好工作成效。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，目標(biāo)追蹤、空間探測、環(huán)境監(jiān)測等功能都離不開節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)，近年來，我國技術(shù)人員對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的研究主要以網(wǎng)絡(luò)定位的能耗、覆蓋率、節(jié)點(diǎn)密度、準(zhǔn)確度為主，下面將對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。的距離，所以兩種方法都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.我國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要定位方法

目前，我國已研發(fā)出多種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，具體可根據(jù)定位數(shù)據(jù)的采集和處理方式來進(jìn)行劃分。就定位數(shù)據(jù)的采集方法上分析，不同定位方法主要采集的數(shù)據(jù)各不相同，例如采集角度、時間、距離或周邊錨節(jié)點(diǎn)等信息，最終目的是為了得到相關(guān)的定位數(shù)據(jù)，并以該數(shù)據(jù)作為定位計算的基本依據(jù)。在信息處理方面，自身處理或上傳到處理器方式最終都是為了達(dá)到將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)的目的，真正實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位。常見的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法可劃分為以下幾類：

2.1測距算法與非測距算法

測距算法與非測距算法是根據(jù)定位數(shù)據(jù)能否由距離測量所得來劃分的，測距算法能夠直接測量定位數(shù)據(jù)的距離，非測距算法是通過網(wǎng)絡(luò)連通來進(jìn)行定位分析的，由此可見，測距算法的測量定位精度會比非測距算法更為精準(zhǔn)，但測距算法對定位節(jié)點(diǎn)測量需要較高的硬件要求，例如在大范圍、錨節(jié)點(diǎn)分布稀疏的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，待測定位節(jié)點(diǎn)難以與足量的錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信測距，當(dāng)普通測距算法難以精準(zhǔn)定位時，則要選擇采用非測距算法來估測錨節(jié)點(diǎn)

2.2單跳算法與多跳算法

根據(jù)各錨節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)通程度和拓?fù)浞诸?，可將定位方法分為單跳算法與多跳算法。單跳算法操作簡單，但只適用于小范圍測量；多跳算法較單跳算法應(yīng)用廣泛，當(dāng)在大范圍測量中出現(xiàn)較多錨節(jié)點(diǎn)難以直接通信的情況，則需要選擇多跳通信算法來解決。

2.3分布式算法與集中式算法

分布式算法與集中式算法的劃分依據(jù)是定位數(shù)據(jù)處理的實(shí)現(xiàn)方式，分布式算法的特點(diǎn)是傳感器節(jié)點(diǎn)在對周圍節(jié)點(diǎn)采集完信息后，才會在后臺執(zhí)行數(shù)據(jù)的定位測算，該方式能有效減少網(wǎng)絡(luò)通信量，但節(jié)點(diǎn)的能量、計算能力和存儲功能十分有限，無法進(jìn)行復(fù)雜的定位算法。集中式算法主要用于定位數(shù)據(jù)的監(jiān)測與控制，所得數(shù)據(jù)能夠在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行匯總和分析，定位精度高且通信量大。

3.新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)分析

最近幾年，我國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了會使用傳統(tǒng)的定位技術(shù)外，還積極研究新型的定位算法，下面將對各種新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)作全面分析：

3.1基于移動錨節(jié)點(diǎn)的定位算法

基于錨節(jié)點(diǎn)的定位算法能夠減小無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多跳算法在大范圍的遠(yuǎn)距離定位傳輸中出現(xiàn)的定位測量誤差，同時可以大大減少錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量，有效節(jié)約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位測量成本。例如已研發(fā)出的MBAL定位算法，當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)在移動時會實(shí)時更新坐標(biāo)信息，并及時傳輸給觀察者定位的數(shù)據(jù)。要計算未知節(jié)點(diǎn)測量與移動式錨節(jié)點(diǎn)位置間距離時，需要獲得3個及其以上的位置數(shù)據(jù)，然后再利用三邊測量計算法去準(zhǔn)確定位各節(jié)點(diǎn)的位置，從而轉(zhuǎn)變成已知數(shù)據(jù)的錨節(jié)點(diǎn)。

另外，當(dāng)移動式錨節(jié)點(diǎn)在定位所有未知節(jié)點(diǎn)時需要移動的路徑越長，就需要消耗更多能量，因此，在應(yīng)用移動式錨節(jié)點(diǎn)定位法時，應(yīng)盡可能合理規(guī)劃移動路徑，有效減少能量損耗。

3.2三維定位算法

近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空間定位需求日益增加，三維定位算法應(yīng)運(yùn)而生。三維定位算法會將地理空間構(gòu)建成球殼模型，然后通過取球殼交集點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)定位，接著再將定位問題具體為多元線性方程組來求解精確定位數(shù)據(jù)，由此可見，這是一種非距離的定位算法。事實(shí)上，三維定位算法能夠大大擴(kuò)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍，但該方法還有待改進(jìn)，例如：為獲得高精度的錨節(jié)點(diǎn)需要得到更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)廣播周期和消息存儲周期；為有效減少定位測量時間，必須有效改善錨節(jié)點(diǎn)的選擇方式，建立科學(xué)合理的錨節(jié)點(diǎn)過濾機(jī)制等。

3.3智能化定位算法

在信息時代下，電子信息技術(shù)發(fā)展迅速，芯片計算能力也得到有效提升，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身性能也有所改善，可以運(yùn)行復(fù)雜算法，智能化定位算法也被研發(fā)產(chǎn)生。

智能化定位算法是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維定位方法建立起來的，它可以將錨節(jié)點(diǎn)固定在直升機(jī)上，然后利用GPS技術(shù)實(shí)時感知節(jié)點(diǎn)的位置，再結(jié)合RSSI測距方法和粒子濾波定位技術(shù)進(jìn)行精確定位，因此，該種定位方法能有效省略對未知節(jié)點(diǎn)的預(yù)先檢驗(yàn)工作，主要應(yīng)用于戶外定位測量。盡管智能化定位算法被提出，但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身就是一個低能耗的網(wǎng)絡(luò)，單個節(jié)點(diǎn)的計算能力并不高，因此，智能化定位算法尚未完善，并未廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，但隨著微處理器技術(shù)、低能耗技術(shù)和FPGA技術(shù)的完善和發(fā)展，智能化定位算法必將日益發(fā)展成熟。

4.結(jié)束語

總之，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國各個領(lǐng)域中，并獲得良好研究成果。然而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)還存在許多有待解決的問題，其中最突出的問題是如何在大范圍、長距離的節(jié)點(diǎn)定位測距過程中節(jié)約能耗，同時又要保持定位精準(zhǔn)度。我相信，在我國眾多無線定位技術(shù)人員的積極研究下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)必將得到更長遠(yuǎn)的發(fā)展，真正推動我國地理測繪行業(yè)朝著可持續(xù)方向蓬勃發(fā)展。

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