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1、基于MonteCarlo的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法研究摘要：定位是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)許多應(yīng)用中的關(guān)鍵。在本文中，我們提出了一系列移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)基于MonteCarlo的非測(cè)距的錨節(jié)點(diǎn)定位算法。我們專注于提高定位的精度和效率以便更好地利用傳感節(jié)點(diǎn)收集的信息和更快地抽取必要的位置樣本。為了實(shí)現(xiàn)它，我們通過(guò)建立一個(gè)覆蓋多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)無(wú)線電范圍重疊的區(qū)域，從抽取樣本中提取出這個(gè)區(qū)域。這個(gè)區(qū)域是在傳感節(jié)點(diǎn)已定位的部署區(qū)域。仿真結(jié)果表明，定位精度提高了至少4%，最高達(dá)到73%，平均為30%，考慮到至少有三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的情況下，則需要節(jié)點(diǎn)速度不
2、相同。范圍同時(shí)受到速度的強(qiáng)烈的影響，其改善的范圍從3%到55%，平均為22%。最后，在同樣定位精度的情況下處理時(shí)間減少了93%。關(guān)鍵詞：分布式定位算法，無(wú)線傳感器網(wǎng)，移動(dòng)性，MonteCarlo定位，仿真1引言許多應(yīng)用都需要定位，定位人或物。大部分的情況，只有當(dāng)數(shù)據(jù)和位置相聯(lián)系時(shí)從無(wú)線傳感器記錄的數(shù)據(jù)才有意義，例如，記錄一個(gè)給定機(jī)房或冷庫(kù)的溫度。同樣，許多用戶程序都是位置感知，例如人們想找到最近的公共汽車(chē)站或郵盒子，和定位需要救援人員的緊急服務(wù)。下面，我們以帶有無(wú)線節(jié)點(diǎn)的人，物或計(jì)算機(jī)為參考來(lái)定位一個(gè)未知的節(jié)點(diǎn)。在普通計(jì)算機(jī)和
3、無(wú)線傳感網(wǎng)（WSN）中，定位已引起相當(dāng)大的重視。這兩個(gè)領(lǐng)域的主要區(qū)別在于其計(jì)算設(shè)備的能力。和無(wú)線傳感器設(shè)備相比，普通計(jì)算機(jī)如筆記本電腦和掌上電腦的功能相當(dāng)強(qiáng)大。傳感器節(jié)點(diǎn)不僅有一個(gè)非常有限的內(nèi)存空間和CPU功率，而且能源的提供大部分的時(shí)間是靠一個(gè)小電池–資源非常有限。因此，無(wú)論是在計(jì)算和功率消耗上，無(wú)線傳感網(wǎng)的定位算法必須高效的。普通計(jì)算機(jī)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的另一個(gè)區(qū)別是，筆記本電腦和掌上電腦經(jīng)常被認(rèn)為是移動(dòng)的，而在無(wú)線傳器網(wǎng)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)集中在傳感器的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中。目前，著眼于通過(guò)傳感器的移動(dòng)來(lái)精心設(shè)計(jì)一些低成本的定位
4、算法。如今，確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置最簡(jiǎn)單的現(xiàn)成的機(jī)制是使用全球定位系統(tǒng)（GPS）[18]。在至少四顆衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，GPS提供了直觀實(shí)現(xiàn)的3D定位，達(dá)到了三米之內(nèi)的高精確度。然而，GPS的一些局限性使急需可替代的定位方法。首先，全球定位系統(tǒng)目前在室內(nèi)，混亂的城市地區(qū)和茂密的樹(shù)林地帶幾乎不可用。第二，雖然GPS設(shè)備的成本多年來(lái)一直在下降，但它仍舊是不適合大量生產(chǎn)的廉價(jià)傳感器板，手機(jī)和甚至掌上電腦。第三，GPS設(shè)備要求的硬件空間和能源，這是阻礙它進(jìn)行小型化傳感器板集成的兩個(gè)限制性因素。為了克服GPS的局限性，研究者們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了完整的GP
5、S定位節(jié)點(diǎn)的技術(shù)以及技術(shù)在幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，通常稱為錨節(jié)點(diǎn)，使用GPS來(lái)確定自己的位置，通過(guò)無(wú)線傳輸，幫助其他節(jié)點(diǎn)計(jì)算自己的位置而不使用GPS。本文特別著眼于移動(dòng)網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，提出了一種無(wú)線傳感網(wǎng)定位算法。一個(gè)重要的因素是讓無(wú)線傳感器受益于流動(dòng)性而不僅僅是受它影響。文獻(xiàn)[4，6，20，21，23，28]表明，在靜態(tài)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中使用移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)有助于提高定位算法的精度，為了使更多的節(jié)點(diǎn)可以從錨節(jié)點(diǎn)位置的無(wú)線電中獲取信息，那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以獲得更多的位置信息。同樣，移動(dòng)傳感器有機(jī)會(huì)得到比在完全靜態(tài)環(huán)境中更多詳細(xì)信息。然而，挑戰(zhàn)是如果所有的節(jié)
6、點(diǎn)是移動(dòng)的，移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)的信息失效就更迅速了。在文獻(xiàn)[10]中，HuandEvans引入了一個(gè)處理這些不同的特點(diǎn)的定位算法。他們的方法是在MonteCarlo定位算法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)來(lái)定位移動(dòng)機(jī)器人。在本篇中，我們改善了HuandEvans的節(jié)點(diǎn)定位算法來(lái)取得更好的精度和較低的計(jì)算成本。本文剩下的組織如下。第2節(jié)介紹了一些在靜態(tài)和移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)定位的背景信息。第3節(jié)介紹了我們的定位算法和它的基礎(chǔ)-HuandEvans的定位算法。第4節(jié)給出該算法直觀的定位準(zhǔn)確性和和效率。第5節(jié)提出了一些今后的工作方向。最后，第6節(jié)總結(jié)
7、。2WSNs中的定位目前有幾個(gè)定位協(xié)議專為移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。本節(jié)介紹了不同團(tuán)隊(duì)的工作，目的是在傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)定位以及移動(dòng)支持。靜態(tài)無(wú)線傳感網(wǎng)定位算法：靜態(tài)無(wú)線傳感網(wǎng)定位算法通常分為幾個(gè)軸。一些算法有不基于測(cè)距的和基于測(cè)距的，還有一些使用錨節(jié)點(diǎn)，要么一階錨節(jié)點(diǎn)要么多階錨節(jié)點(diǎn)。第一個(gè)區(qū)別是不同定位算法之間對(duì)錨節(jié)點(diǎn)使用的處理。錨節(jié)點(diǎn)是用來(lái)作為其他需要定位的節(jié)點(diǎn)的輔助設(shè)備，也是一個(gè)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中引進(jìn)靜態(tài)節(jié)點(diǎn)作為輔助定位的方法。在沒(méi)有錨節(jié)點(diǎn)的情況下，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通常是建立自己的的相對(duì)位置，也有可能建立他們
8、自己坐標(biāo)系。一般情況下，錨節(jié)點(diǎn)越多，位置估計(jì)的精度越高。然而，設(shè)置錨節(jié)點(diǎn)是一個(gè)單調(diào)乏味的任務(wù)，而且已被證明是提高算法的定位精度相當(dāng)昂貴的方式?；跍y(cè)距的定位算法所使用的技術(shù)，如無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度指示器（RSSI）[9，22]無(wú)線電和超聲波到達(dá)角（AOA）[15，17]或到達(dá)時(shí)間差
