水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位

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1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到了生活中的各個(gè)領(lǐng)域，近年來，世界各國對(duì)海洋資源的重視程度日益加深，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸走入研究人員的視線，而對(duì)水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位成為研究的重點(diǎn)。本文主要對(duì)水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法進(jìn)行分類，同時(shí)提出水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中遇到的問題?！娟P(guān)鍵詞】水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位世界海洋資源豐富，為了更好的對(duì)海底環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)海洋資源進(jìn)行開發(fā)，就需要對(duì)水下定位技術(shù)進(jìn)行了解并研究。傳統(tǒng)的水聲定位設(shè)備存在著一定的問題，如維

2、護(hù)困難、部署困難、成本高、靈活性差等，同時(shí)，傳統(tǒng)的水聲定位設(shè)備的工作范圍也是非常有限的，因此，其無法滿足實(shí)際的需求，急需一種新的水下定位方法來解決諸如此類的問題，因此，作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍的延伸，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行研究人員的視野。1水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)7水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過飛行器等設(shè)備將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)部署在不同的水域范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)通過在水中能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)穆暡▉硗瓿伤碌木W(wǎng)絡(luò)信號(hào)連接，從而形成一個(gè)具有無中心、自組織、多跳路由等特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)體系，其目的是使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠在水下協(xié)作的對(duì)感知對(duì)象的信息進(jìn)行感知、收集，并進(jìn)

3、行處理，同時(shí)能夠發(fā)送給信息的觀察者。由于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，使得其具有以下的優(yōu)點(diǎn)，即覆蓋面廣、成本低、節(jié)點(diǎn)密集、分布隨機(jī)、自組織、容錯(cuò)能力強(qiáng)、搜集信息準(zhǔn)確等，同時(shí)由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的無中心的特點(diǎn)，可以在很大程度上提高接收信號(hào)的信噪比，提高水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)使得其能夠在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行部署和應(yīng)用。目前，應(yīng)用比較廣泛的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括二維水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和三維水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。2水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)定位，即確定自身或目標(biāo)的準(zhǔn)確位置，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用定位技術(shù)，可以準(zhǔn)備的確定節(jié)點(diǎn)的位

4、置，并可以得到其他物體的位置。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)包括未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)。常用的無線傳感器節(jié)點(diǎn)的定位方法如下：以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以得知其準(zhǔn)備位置的節(jié)點(diǎn)（信標(biāo)節(jié)點(diǎn)）為參考對(duì)象，根據(jù)三角定位法、多邊定位法、最小二乘定位法等方法來得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，從而對(duì)所觀察的對(duì)象進(jìn)行定位。3無線傳感器定位算法分類73.1距離相關(guān)定位算法和距離無關(guān)定位算法距離相關(guān)定位算法是指在定位的過程中，需要根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)與相鄰節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離來確定。距離無關(guān)定位算法則無需知道已知節(jié)點(diǎn)與相鄰節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置。由于距離相關(guān)定位算法需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)距離，因此需要付出更

5、大的代價(jià)與成本對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。而距離無關(guān)定位算法相對(duì)簡(jiǎn)單，已知的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將相關(guān)信息傳遞給未知節(jié)點(diǎn)，從而估計(jì)出不精確的節(jié)點(diǎn)距離，同時(shí)利用多點(diǎn)定位算法等來得到未知節(jié)點(diǎn)的具體位置。常用的距離相關(guān)定位技術(shù)包括TOA、TDOA、RSSI。TOA測(cè)距技術(shù)主要是通過信號(hào)到達(dá)的時(shí)間來進(jìn)行，為了保證TOA技術(shù)的準(zhǔn)確性，需要保證節(jié)點(diǎn)之間具有高度的時(shí)間同步性。TDOA測(cè)距技術(shù)是在保證節(jié)點(diǎn)之間時(shí)間同步性的同時(shí)通過信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差來進(jìn)行，然而由于聲波的傳播距離有限，使得TDOA測(cè)距技術(shù)得到的距離范圍具有一定的局限性。RSSI測(cè)距技術(shù)主要是通過信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)行距離的測(cè)

6、量，然而由于相關(guān)技術(shù)的局限性，使得RSSI測(cè)距技術(shù)存在較大的誤差性。距離無關(guān)定位算法是在網(wǎng)絡(luò)連通的基礎(chǔ)上進(jìn)行位置和距離的測(cè)量，因此，外界環(huán)境對(duì)定位測(cè)量的實(shí)行影響較小，因此，距離無關(guān)定位算法比較適合大型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。常用的距離無關(guān)定位算法包括APIT定位算法、質(zhì)心定位算法等。73.2集中式定位算法和分布式定位算法集中式定位算法主要是通過中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理從而得出節(jié)點(diǎn)位置的方式，此方式需要保證節(jié)點(diǎn)之間的連通性，從而使得信息能夠順利的發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)。常見的集中式定位算法包括質(zhì)心定位算法、SPIT算法等。在集中式定位算法中，由于所有的數(shù)據(jù)

7、信息都需要發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)，使得中心節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)過多，甚至出現(xiàn)冗余的數(shù)據(jù)，另一方面，由于中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中處理，使得整個(gè)水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有很大的通信開銷，嚴(yán)重消耗了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能力，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的能夠耗盡，對(duì)準(zhǔn)確定位產(chǎn)生不良影響。因此，集中式的定位算法具有很強(qiáng)的局限性。分布式定位算法主要是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點(diǎn)獨(dú)立的對(duì)采集到的信息進(jìn)行處理，而不需要中心節(jié)點(diǎn)的參與，隨后各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過信息交換和協(xié)作來完成定位。常見的分布式定位算法包括Dv-Hop算法、BoundingBoxl算法等。3.3相對(duì)定位算法和絕對(duì)定位算法7利用相對(duì)定位

8、得到的位置坐標(biāo)是相對(duì)坐標(biāo)，即利用相關(guān)的定位方法得到目標(biāo)位置相對(duì)已知位置的相對(duì)位置，從而對(duì)其進(jìn)行定位。而利用絕對(duì)定位算法得到的位置坐標(biāo)是絕對(duì)定位，即得到的坐標(biāo)位置是絕對(duì)的，不變的。相對(duì)定位只需要