無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)綜述

李太云

（寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院 寧夏銀川 750021）

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)綜述

李太云

（寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院 寧夏銀川 750021）

本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的發(fā)展、應(yīng)用和技術(shù)指標(biāo)。從基于測距的定位技術(shù)和無需測距的定位技術(shù)兩方面對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)做了綜述，并進(jìn)行了算法優(yōu)缺點(diǎn)分析。另外，對基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位算法和三維定位算法新型定位算法進(jìn)行了概述。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；定位技術(shù)；節(jié)點(diǎn)；定位精度

1 引言

近年來，隨著傳感器技術(shù)、近距離通信技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和低功耗技術(shù)的越來越成熟，具有大規(guī)模、無線、自組織和多跳等特點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了快速發(fā)展；融合了傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、無線通信技術(shù)、分布式處理技術(shù)等。簡單來說定位就是確定目標(biāo)位置。其中，絕大多數(shù)的定位系統(tǒng)需要設(shè)置參考點(diǎn)，進(jìn)而利用該參考點(diǎn)確定目標(biāo)和參考點(diǎn)的相對位置信息，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得目標(biāo)在系統(tǒng)中的位置信息。例如導(dǎo)航、目標(biāo)跟蹤和信息推送等。衡量定位性能的有定位精度、節(jié)點(diǎn)密度、刷新速度、功耗、容錯(cuò)性和適應(yīng)性。

2 基于測距的定位技術(shù)

WSN定位技術(shù)分為基于測距的定位技術(shù)和無需測距的定位技術(shù)。定位技術(shù)中通常把位置信息不確定的節(jié)點(diǎn)稱為盲節(jié)點(diǎn)，能夠提供絕對位置信息的節(jié)點(diǎn)稱為錨節(jié)點(diǎn)?；跍y距的定位技術(shù)常用的測距技術(shù)有TOA、TDOA、AOA、和RSSI，定位算法有三邊測量、三角測量和極大似然估計(jì)法。

3 無需測距的定位技術(shù)

3.1 Centroid定位算法

Centroid定位算法是一種基于節(jié)點(diǎn)連通性且與距離無關(guān)的室外定位算法?；驹硎牵何恢霉?jié)點(diǎn)將對在自己通訊范圍內(nèi)的錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行查詢，然后以這些錨節(jié)點(diǎn)為頂點(diǎn)構(gòu)成多邊形的質(zhì)心，即多邊形的幾何中心，最后根據(jù)質(zhì)心估計(jì)自己位置。質(zhì)點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，計(jì)算量小。

3.2 APIT定位算法

APIT定位算法是T.He等人在文獻(xiàn)[1]中提出了APIT定位算法。基本思想為：未知節(jié)點(diǎn)對鄰近錨節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行監(jiān)聽，從監(jiān)聽到的節(jié)點(diǎn)中任意選取三個(gè)構(gòu)成一個(gè)三角形，計(jì)算三角形重疊區(qū)域和質(zhì)心位置。APIT定位算法具有原理簡單、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是需要足夠多的參考節(jié)點(diǎn)。

3.3 Amorphous定位算法

R.Nagpal等人在文獻(xiàn)[2]提出了Amorphous定位算法。Amorphous定位算法是基于路由矢量協(xié)議，節(jié)點(diǎn)梯度值的局部平均值Si為：

式中，hi是節(jié)點(diǎn) i的梯度值，即跳數(shù)；neighbors（i）是節(jié)點(diǎn) i所有鄰居節(jié)點(diǎn)。

Amorphous算法中假設(shè)網(wǎng)絡(luò)平均連通度conn是已知，則網(wǎng)絡(luò)平均每跳距離為：

式中，表示節(jié)點(diǎn)的通信半徑。則未知節(jié)點(diǎn)i到某個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離為Si×Size。

4 WSN新型定位算法介紹

4.1 基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)定位算法

基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)定位算法能夠降低由多跳帶來的距離誤差。中國科學(xué)院電磁空間信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的毛萬東等人在文獻(xiàn)[3]中提出了一種用于移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型節(jié)點(diǎn)定位算法，該算法利用利用差分演化對樣本進(jìn)行優(yōu)化，讓樣本主動(dòng)向節(jié)點(diǎn)真實(shí)位置靠近，而不是被動(dòng)的被濾除。

4.2 三維定位算法

目前，三維定位算法主要分為分布式和集中式。鄒斌等人在文獻(xiàn)[4]中提出了一種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的三維定位算法，算法利用外接正方體來表示節(jié)點(diǎn)的通信范圍和移動(dòng)范圍，根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)每時(shí)隙最大移動(dòng)范圍和錨節(jié)點(diǎn)通信范圍形成采樣區(qū)域，依據(jù)錨箱的體積確定采樣數(shù)量，隨機(jī)采集的樣點(diǎn)取均值作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。鄒杰在文獻(xiàn)[5]中提出了高精度WSN三維定位算法，該算法前期基于TDOA測距技術(shù)，后期基于矩陣迭代優(yōu)化算法對待定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。

5 結(jié)論

本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的技術(shù)指標(biāo)做了介紹，對基于測距的定位技術(shù)和無需測距的定位技術(shù)進(jìn)行了分析；對WSN新型定位算法：基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位算法和三維定位算法做了闡述。

[1]T.He，C.Huang，B.M.Blum，J.A.Stankovic，and T.Abdelzaher.Range-free Localization Schemes for Large Scale Sensor Networks.International Conference on Mobile Computingand NETWORKING（pp.81--95）.ACM，2003.

[2]R.Nagpal，H.E.Shrobe，J.Bachrach.Organizing a Global Coordinate System from Local Information on an Ad Hoc Sensor Network[C]//Information Processing in Sensor Networks，Second International Workshop，IPSN 2003，Palo Alto，CA，USA，April22～23，2003.

[3]毛萬東，岳文振，俞能海.一種用于移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型節(jié)點(diǎn)定位算法[J].數(shù)據(jù)通信，2014（2）：15～19.

[5]鄒斌.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)三維定位算法研究[D].中南大學(xué)，2014.

[6]鄒杰，李珊君.高精度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維定位算法[J].計(jì)算機(jī)工程，2011，37（10）：99～101.

TN929.5

A

1004-7344（2016）25-0273-01

2016-8-2

李太云，男，漢族，甘肅武威人，碩士研究生在讀，研究方向?yàn)橹悄軆x器與檢測技術(shù)。