移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)無GPS定位技術(shù)可行性研究

王艷 張明 劉衍民 張博揚(yáng)

摘 要：與其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比，移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的自組織性、健壯性、高效性更強(qiáng)，特點(diǎn)鮮明優(yōu)勢(shì)明顯，而移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的方法多數(shù)基于GPS系統(tǒng)和固定或移動(dòng)基站，限制了移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。文章基于定位系統(tǒng)的空間特性對(duì)移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)定位方法進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析了不依賴GPS系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)定位的技術(shù)可行性。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)；定位；無GPS

1 典型定位技術(shù)和定位系統(tǒng)

移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)屬于無線網(wǎng)絡(luò)的一種，網(wǎng)內(nèi)單元由可移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)按照一定的協(xié)議組織，與其他無線網(wǎng)絡(luò)不同的是，移動(dòng)自組網(wǎng)可以不依賴于中心路由設(shè)備，可以以無基站的狀態(tài)運(yùn)行。目前有關(guān)終端定位的方法很多，移動(dòng)自組網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的定位方法因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)形態(tài)和無基站運(yùn)行等因素，是一個(gè)涉及交叉學(xué)科領(lǐng)域的問題，目前對(duì)這一問題的研究也比較多。從分類方法上可從系統(tǒng)使用環(huán)境、采用的坐標(biāo)系、采用的定位算法、采用的無線信號(hào)源等方面進(jìn)行定位。本節(jié)從系統(tǒng)采用的定位算法入手，對(duì)幾種典型定位方法進(jìn)行分析比較，對(duì)定位方法從算法分析的角度進(jìn)行分類，為不依賴GPS系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)定位的技術(shù)可行性分析奠定基礎(chǔ)。

1.1 位置概念

位置，是指某一時(shí)刻物體在空間中所處的點(diǎn)。對(duì)位置的描述有多種形式，可以是絕對(duì)的也可以是相對(duì)的，對(duì)位置的表征可以是絕對(duì)的也可以是相對(duì)的。以空間中唯一的位置點(diǎn)為例，西安鐘樓的位置點(diǎn)在某一時(shí)刻是唯一固定的，如果采用物理位置對(duì)其進(jìn)行描述，可以采用經(jīng)緯度加高度的形式，表征為北緯34°15'39.90''，東經(jīng)108°56'33.32''，海拔586 m；如果采用象征位置對(duì)其進(jìn)行描述，可以表征為南大街以北，北大街以南，東大街以西，西大街以東。當(dāng)要量化使用位置時(shí)，單純的物理位置必須依托于一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行物理位置向象征位置的轉(zhuǎn)換后才可以使用。對(duì)物理位置的使用必須參考一個(gè)坐標(biāo)系，相對(duì)位置和絕對(duì)位置的概念就是對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系而來的，一般絕對(duì)物理位置對(duì)應(yīng)的是絕對(duì)坐標(biāo)系，常用的有以地心為原點(diǎn)建立的三維坐標(biāo)系，相對(duì)位置對(duì)應(yīng)的是相對(duì)坐標(biāo)系，相對(duì)坐標(biāo)系可以有多種定義方法，可以滿足不同的實(shí)際應(yīng)用需求。

1.2 定位方法

本節(jié)從定位方法的算法角度出發(fā)，重點(diǎn)介紹三角定位法和對(duì)照定位法的實(shí)現(xiàn)方法和特點(diǎn)，并對(duì)每種定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析。

1.2.1 三角定位法

三角定位算法根據(jù)三角形的幾何特征來計(jì)算頂點(diǎn)的位置，最初由英國(guó)歷史學(xué)家湯姆·布魯克斯提出，廣泛應(yīng)用在全球衛(wèi)星定位技術(shù)中。定位系統(tǒng)所提供的位置信息的精確程度是衡量定位系統(tǒng)的重要指標(biāo)，目前常用的定位算法橫向?qū)Ρ?，三角定位方法的定位精度是比較高的。

下面主要介紹三角定位算法中常用的多邊形定位算法。根據(jù)定位過程中是否需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的距離，可以將定位算法分為距離有關(guān)的定位和距離無關(guān)的定位兩種，距離有關(guān)的定位方法通過測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離或角度實(shí)現(xiàn)對(duì)未知位置節(jié)點(diǎn)的定位。多邊形定位法屬距離有關(guān)的定位算法，是通過計(jì)算某一節(jié)點(diǎn)到與其不共線的其他3個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離來得出該節(jié)點(diǎn)的位置?；跍y(cè)距的原理，多邊形定位法的測(cè)距方法可分為3種[1]。

（1）接觸測(cè)距法。

接觸測(cè)距法顧名思義，是采用物理介質(zhì)由一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)直接觸碰到相鄰節(jié)點(diǎn)，從而直接得到兩節(jié)點(diǎn)間的物理距離，這種方法簡(jiǎn)單直接，但只適用于距離較小、節(jié)點(diǎn)分布簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且測(cè)量效率不高。

（2）基于時(shí)間及時(shí)間差的測(cè)距法。

基于時(shí)間的測(cè)距法首先要知道信號(hào)傳播的速度，再測(cè)得信號(hào)傳播的時(shí)間，然后采用三邊或極大似然估計(jì)法利用節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)傳播時(shí)間計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的距離。在這個(gè)過程中，同步時(shí)鐘的校準(zhǔn)、信號(hào)傳播過程中的干擾和測(cè)量精度等都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。為盡量減少這些誤差，還可以采用基于時(shí)間差的測(cè)距方法，以到達(dá)時(shí)間差（Time Difference of Arrival ，TDOA）技術(shù)為例，發(fā)射信號(hào)的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射兩種信號(hào)，兩種信號(hào)的傳播速度不同，接收節(jié)點(diǎn)接收到這兩種信號(hào)后，根據(jù)接收時(shí)間差和信號(hào)的傳播速度采用三邊或極大似然估計(jì)法計(jì)算距離，從而得到發(fā)射節(jié)點(diǎn)的位置。

（3）基于信號(hào)強(qiáng)度及角度的測(cè)距法。

信號(hào)的傳播距離的平方與信號(hào)強(qiáng)度成反比，基于信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)距法就是通過計(jì)算信號(hào)在傳播過程中的衰減來估計(jì)節(jié)點(diǎn)之間的距離?；谛盘?hào)角度的測(cè)距法，在接收側(cè)布置接收陣列或多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，通過感知接收到的信號(hào)角度不同計(jì)算出接收端與發(fā)送端之間的角度，再通過三角測(cè)量法計(jì)算接收端與發(fā)送端之間的距離，這個(gè)過程一般包括確定鄰節(jié)點(diǎn)間夾角、測(cè)量信標(biāo)節(jié)點(diǎn)方位角和利用方位信息計(jì)算節(jié)點(diǎn)間物理距離等三步。

1.2.2 對(duì)照定位法

對(duì)照定位法也可稱場(chǎng)景定位法，簡(jiǎn)單講是將待定位節(jié)點(diǎn)發(fā)來的信號(hào)與已有記錄相對(duì)照，選出最接近的結(jié)果，再進(jìn)行一定的修正工作來達(dá)到定位的目的。要實(shí)現(xiàn)對(duì)照定位，首先需要建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中需要包含網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的位置信息等以供參考，這一部分的工作一般在具體實(shí)施定位前完成，數(shù)據(jù)庫可以以離線的方式處理，可以以增量更新的方式實(shí)現(xiàn)定期或不定期的刷新。數(shù)據(jù)庫中節(jié)點(diǎn)定位信息的確定方法有很多，可以是人工測(cè)量，也可以通過自動(dòng)掃描實(shí)現(xiàn)。當(dāng)待定位節(jié)點(diǎn)發(fā)來信號(hào)后，將接收到的信號(hào)信息與庫中記錄的信息進(jìn)行比對(duì)，得出的結(jié)果可能是一個(gè)確定的節(jié)點(diǎn)，可能是一個(gè)范圍內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，也有可能是一個(gè)區(qū)域，這取決于數(shù)據(jù)庫建立時(shí)的粒度，粒度越小，精度越高，得到的結(jié)果準(zhǔn)確性越高。當(dāng)結(jié)果是一個(gè)范圍內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)或一個(gè)區(qū)域時(shí)，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理，以得到最佳匹配結(jié)果，提高定位精度。對(duì)照定位法在室內(nèi)范圍較小且節(jié)點(diǎn)分布復(fù)雜度不高的情景下效果較好。

在對(duì)照定位法中，最常見的情況是對(duì)照返回的結(jié)果不是數(shù)據(jù)庫中已記錄的唯一節(jié)點(diǎn)，而是與待定位節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)或一個(gè)區(qū)域范圍，這樣就需要再優(yōu)化的機(jī)制對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理，確定待定位節(jié)點(diǎn)的位置或區(qū)域范圍。再優(yōu)化機(jī)制實(shí)現(xiàn)相鄰定位主要有3種方式：感知、計(jì)算和監(jiān)視。感知是一種最直接簡(jiǎn)單的方法，可以通過壓力、光線、微電流等多種方式感知待定位節(jié)點(diǎn)是否在返回節(jié)點(diǎn)附近或返回區(qū)域內(nèi)。感知方式常用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用微距感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)的定位，保證治療的準(zhǔn)確性。計(jì)算是一種利用區(qū)域覆蓋實(shí)現(xiàn)定位的方式，一般認(rèn)為一個(gè)節(jié)點(diǎn)的作用范圍不僅局限于節(jié)點(diǎn)自身大小而是一個(gè)以節(jié)點(diǎn)為中心的三維區(qū)域內(nèi)，可以將這樣的節(jié)點(diǎn)理解為基站，多個(gè)相鄰基站的信號(hào)覆蓋范圍是有重疊的，當(dāng)一個(gè)待定位節(jié)點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)在幾個(gè)基站的覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，就可以通過計(jì)算幾個(gè)基站的相交部分實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位。監(jiān)視定位方法的實(shí)現(xiàn)需要有更加智能的終端系統(tǒng)支持，終端系統(tǒng)可以是刷卡機(jī)或計(jì)算機(jī)終端等，這類系統(tǒng)本身具有身份標(biāo)示，身份標(biāo)示可以與安裝使用位置相關(guān)聯(lián)，從系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)帶有標(biāo)示身份信息的內(nèi)容，定位時(shí)通過監(jiān)視使用信息就可實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的自動(dòng)定位。

2 移動(dòng)自組網(wǎng)中的定位技術(shù)

從上述分析可以看出，定位方法大部分是依賴于GPS、已知網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、已知位置的節(jié)點(diǎn)或基站等實(shí)現(xiàn)定位的，存在前期工作量大、硬件依賴高和承擔(dān)計(jì)算任務(wù)的基站或節(jié)點(diǎn)負(fù)載高等問題。為充分發(fā)揮自組網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)展性、精確性、移動(dòng)性和自組織性方面的優(yōu)勢(shì)，我們考慮在移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中能否不依賴于GPS和已知網(wǎng)格結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的快速定位，本節(jié)在理論上對(duì)這種定位方法的技術(shù)可行性進(jìn)行分析。

2.1 問題的提出

具有高移動(dòng)性和自組織性網(wǎng)絡(luò)可以理解為在一定的空間內(nèi)，節(jié)點(diǎn)以自由或組合的方式分布，為實(shí)現(xiàn)無GPS和無已知網(wǎng)格結(jié)構(gòu)定位，可以將問題描述為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的定位只依賴于節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)關(guān)系和位置關(guān)系，與除節(jié)點(diǎn)外的其他定位設(shè)備無關(guān)，并且節(jié)點(diǎn)的自由移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓瘜?duì)定位能力不產(chǎn)生影響。為實(shí)現(xiàn)這種不依賴于外界定位設(shè)備的定位，首先需要建立一個(gè)對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相對(duì)坐標(biāo)系，在相對(duì)坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)注節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置，在網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)較小時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外可呈現(xiàn)為一個(gè)整體。當(dāng)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體定位時(shí)，可以通過細(xì)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選取網(wǎng)內(nèi)不共面的4個(gè)節(jié)點(diǎn)作為基準(zhǔn)計(jì)算絕對(duì)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)坐標(biāo)向絕對(duì)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。在本節(jié)中，我們的研究對(duì)象為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)定位問題，下述均為相對(duì)坐標(biāo)系。

相對(duì)坐標(biāo)系確定后，明確節(jié)點(diǎn)的分布情況是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)定位的重要一步?？梢圆捎蒙弦还?jié)介紹的三角定位法實(shí)現(xiàn)待定位節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的距離和夾角計(jì)算。選取網(wǎng)內(nèi)不共面的4個(gè)節(jié)點(diǎn)作為基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，通過三角函數(shù)計(jì)算這4個(gè)節(jié)點(diǎn)與待定為節(jié)點(diǎn)之間的距離和夾角，從而可以得到待定位節(jié)點(diǎn)與4個(gè)節(jié)點(diǎn)間的空間關(guān)系和相對(duì)位置。節(jié)點(diǎn)的分布情況不僅影響相對(duì)坐標(biāo)系的建立，而且對(duì)系統(tǒng)定位的準(zhǔn)確性影響很大，為提高定位方法的通用性，可選取隨機(jī)分布模型進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分布。

如何得到節(jié)點(diǎn)間距離和夾角值是實(shí)現(xiàn)定位的實(shí)質(zhì)問題，節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性涉及通信機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)性能等多方面，目前在信號(hào)傳輸方面技術(shù)相對(duì)成熟，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間互通的方法很多，例如可以采用射頻技術(shù)、聲波技術(shù)、光波技術(shù)及多種技術(shù)的結(jié)合使用。在具體驗(yàn)證時(shí)，可以采用基于時(shí)間和時(shí)間差的測(cè)距方法和基于信號(hào)強(qiáng)度和角度的測(cè)角方法這兩種方法的結(jié)合，兩種方法的結(jié)合可以在一定程度上減少某一種方法帶來的誤差，提高精準(zhǔn)度，但同時(shí)也會(huì)增加硬件開銷和計(jì)算復(fù)雜度，需綜合考量。

2.2 研究假設(shè)

本節(jié)基于上述問題的提出和描述，提出研究假設(shè)并分析其中關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可行性，為建立物理模型奠定基礎(chǔ)。

目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)是全分布的，其中包含的節(jié)點(diǎn)個(gè)體間相對(duì)獨(dú)立，不存依附關(guān)系，即節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位是一致的，沒有作為中心節(jié)點(diǎn)為其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)的情況，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有唯一的標(biāo)識(shí)。節(jié)點(diǎn)按隨機(jī)分布模型隨機(jī)分布在網(wǎng)絡(luò)域中，不存在人為設(shè)定或按某種規(guī)律分布的情況，也不存在網(wǎng)絡(luò)域中特定區(qū)域?qū)?yīng)特定節(jié)點(diǎn)的情況；網(wǎng)絡(luò)中的通信機(jī)制采用無線通信，節(jié)點(diǎn)間均可互聯(lián)，通信范圍為以發(fā)射端為球心的球體，球體內(nèi)各處通信狀態(tài)良好無盲區(qū)，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)共享無線信道，通信協(xié)議統(tǒng)一，節(jié)點(diǎn)間所有傳輸信息均以數(shù)據(jù)報(bào)的形式打包傳輸；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)時(shí)間同步，可采用基于時(shí)間和時(shí)間差的測(cè)距方法和基于信號(hào)強(qiáng)度和角度的測(cè)角方法及這兩種方法的結(jié)合通過計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的距離和夾角；在相對(duì)坐標(biāo)系建立過程中，為提高坐標(biāo)系建立的準(zhǔn)確度，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)相對(duì)位移較小或靜止，保證節(jié)點(diǎn)移動(dòng)距離與網(wǎng)絡(luò)通信范圍具有不可比性，網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量不少于4個(gè)、節(jié)點(diǎn)自身具備數(shù)據(jù)計(jì)算能力是相對(duì)坐標(biāo)系建立的基本需求。

2.3 可行性分析

不依賴于GPS或已知網(wǎng)格對(duì)無線自組網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位必須依靠節(jié)點(diǎn)間的通信來實(shí)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)間的通信狀況直接影響定位能力。上述問題的提出和研究假設(shè)中指出，通過計(jì)算待定位節(jié)點(diǎn)與其他4個(gè)與其不共面的4個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離和夾角實(shí)現(xiàn)定位的首要條件是能夠建立相對(duì)坐標(biāo)系并可以尋找到4個(gè)不共面的節(jié)點(diǎn)，再通過計(jì)算得到結(jié)果。在坐標(biāo)系和4個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量滿足條件后，節(jié)點(diǎn)間如何實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)通信是計(jì)算的前提。

跳轉(zhuǎn)可分為單跳和多跳兩種方式。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，在其通信范圍內(nèi)的其他所有節(jié)點(diǎn)不需要通過其他節(jié)點(diǎn)或設(shè)備中繼都可以直接接收到信號(hào)，就屬于單跳方式。單跳實(shí)現(xiàn)的是本地廣播，只需一次傳播就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的范圍內(nèi)廣播。在單跳方式中，通信范圍內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)都可以通過與其不共面的其他4個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的直接通信實(shí)現(xiàn)定位。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，其通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)并不是都能直接接收到，有的節(jié)點(diǎn)還需要通過其他節(jié)點(diǎn)中繼一次或多次才能接受到信號(hào)，就屬于多跳方式。多跳方式中，定位可分為兩種，一種與單跳方法原理類似，不能直接通信的節(jié)點(diǎn)間通過中繼實(shí)現(xiàn)連通并在全網(wǎng)中選取用來計(jì)算的4個(gè)不共面的節(jié)點(diǎn)，再通過中繼的方式將不共面節(jié)點(diǎn)的信息向全網(wǎng)廣播，以實(shí)現(xiàn)待定位節(jié)點(diǎn)的定位。另外一種方法將多跳網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)單跳網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單跳網(wǎng)絡(luò)中的定位方法與單純的單跳網(wǎng)絡(luò)相同，待定位節(jié)點(diǎn)利用其所在的單跳網(wǎng)絡(luò)中的4個(gè)不共面的節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)定位。第一種方法中，中繼次數(shù)和跳數(shù)由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)分布情況決定，有可能出現(xiàn)中繼次數(shù)較多、跳數(shù)較多帶來節(jié)點(diǎn)計(jì)算量和復(fù)雜度較大的情況，再加之建立相對(duì)坐標(biāo)的過程中，如果節(jié)點(diǎn)間距離和夾角的計(jì)算量較大，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算量會(huì)很大，時(shí)間開銷和硬件開銷不好控制，另外，要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)的廣播通信，任一節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)其他節(jié)點(diǎn)均能直接收到，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都要存儲(chǔ)相鄰節(jié)點(diǎn)的配置信息，重復(fù)計(jì)算的量也很大。無線自組網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源非常寶貴，應(yīng)該盡量避免內(nèi)部重復(fù)計(jì)算帶來的消耗。因此，采用第二種方法可以規(guī)避過多帶寬的消耗，將網(wǎng)絡(luò)看作一個(gè)或多個(gè)單跳網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的定位在局部單跳網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)[2]。

具體實(shí)現(xiàn)思路是，將待定位節(jié)點(diǎn)所在的可建立的最小單跳網(wǎng)絡(luò)定義為局部單跳網(wǎng)絡(luò)，在其中建立局部坐標(biāo)系，尋找不共面的4個(gè)節(jié)點(diǎn)作為基準(zhǔn)，利用很小的計(jì)算開銷和帶寬實(shí)現(xiàn)待定位節(jié)點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的定位，再通過局部坐標(biāo)系向網(wǎng)絡(luò)相對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)待定位節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的定位。在建立坐標(biāo)系的過程中，節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置移動(dòng)對(duì)坐標(biāo)系的建立難易和準(zhǔn)確性影響很大，因此，最好選取節(jié)點(diǎn)間相對(duì)距離和夾角變化較小的情況下建立局部坐標(biāo)系和相對(duì)坐標(biāo)系，當(dāng)相對(duì)坐標(biāo)系建立完成，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就可以作為一個(gè)整體，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)屬坐標(biāo)系內(nèi)變化，不影響網(wǎng)絡(luò)的整體狀態(tài)。通過這種方法，可以盡量減少由建立坐標(biāo)系和維護(hù)相鄰信息帶來的網(wǎng)絡(luò)開銷和硬件開銷，同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化的情況下將變化影響的范圍縮小到其所在的局部單跳網(wǎng)絡(luò)中，提高定位效率和精度。

需要注意的是，坐標(biāo)系的建立依賴于節(jié)點(diǎn)的分布情況和節(jié)點(diǎn)間的通信情況，所以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)數(shù)量、相對(duì)位置關(guān)系、互聯(lián)互通能力、呈現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度方向等因素都關(guān)系到相對(duì)坐標(biāo)系建立、維護(hù)和更新，并對(duì)節(jié)點(diǎn)定位的準(zhǔn)確程度、時(shí)效性有很大的影響。在上述具體實(shí)現(xiàn)思路中，首先需確定待定位節(jié)點(diǎn)所在的局部單跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的劃分和建立取決于能否找到不共面的4個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果找不到這樣的節(jié)點(diǎn)，即使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)再多、范圍再大也無法建立坐標(biāo)系。另外，如果網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)相對(duì)位移較大或移動(dòng)速度較快，超出節(jié)點(diǎn)自身維護(hù)信息的能力和計(jì)算能力，勢(shì)必會(huì)影響定位精度。因此，在選取定位技術(shù)之前，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)分布情況、節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行綜合評(píng)估，尋找最優(yōu)、最快、最準(zhǔn)確、最適合的定位方法。

上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路是以相對(duì)靜止自組織網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用場(chǎng)景提出的，即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)靜止或相對(duì)位移很小，小到與網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不可比，那么當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)自由移動(dòng)時(shí)，定位機(jī)制會(huì)產(chǎn)生變化，區(qū)別主要體現(xiàn)在坐標(biāo)系維護(hù)、節(jié)點(diǎn)位置信息更新機(jī)制和節(jié)點(diǎn)分布情況更新機(jī)制等幾個(gè)方面。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的更新會(huì)帶來通信帶寬和計(jì)算量的增大，可能會(huì)對(duì)定位的時(shí)效性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，如何平衡各因素是后續(xù)需要持續(xù)研究的問題。

3 結(jié)語

本文對(duì)典型定位技術(shù)和定位系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，針對(duì)移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)背景和相關(guān)工作進(jìn)行了研究，在移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)面臨的諸多問題中，對(duì)節(jié)點(diǎn)位置的計(jì)算和管理是一個(gè)基礎(chǔ)性的問題，如何有效確定對(duì)象的位置，還有很多優(yōu)化工作需要做。本文對(duì)一種全新的無GPS、自組織的三維定位系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了分析，為優(yōu)化工作奠定了理論基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]彭沛.移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中的廣播與路由問題研究[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，2001.

[2]PATWARI N.Relative location estimation in wireless sensor network[J].IEEE Transactions on Signal Processing，2003（8）：2137-2148.