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

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1、2010年第9期大眾科技No．9。2010(總第133期)DAZHONGKEJ(CumulativelyNo．133)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)自定位技術(shù)宋春陽(銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州銅仁554300)【摘要】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值，而網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)自定位技術(shù)是這些應(yīng)用的基本支撐技術(shù)。文章-,'egg了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位的有關(guān)概念與技術(shù)，分析了常用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)，并討論了定位算法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最后對(duì)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望?！娟P(guān)鍵詞】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)自定位；節(jié)點(diǎn)算法【中圖分類號(hào)】TP212．9【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】100

2、8—1151(2010)09—0036—02(一)引言節(jié)點(diǎn)的位置。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，確定傳感器節(jié)點(diǎn)自身位置和確定事件基于AOA(AngleofArriva1)的定位技術(shù)通過天線陣列發(fā)生的位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)基本的功能之一。事件發(fā)生的位置或多個(gè)超聲波接收機(jī)感知發(fā)射節(jié)點(diǎn)信號(hào)的到達(dá)方向，計(jì)算接或獲取事件節(jié)點(diǎn)的位置是監(jiān)測(cè)消息中最重要的內(nèi)容，如森林收點(diǎn)和發(fā)射點(diǎn)之問的相對(duì)方位或角度?；馂?zāi)發(fā)生的位置，戰(zhàn)場(chǎng)上敵方車輛運(yùn)動(dòng)的區(qū)域等。傳感器節(jié)(三)基于非測(cè)距的定位技術(shù)點(diǎn)必須明確自身位置，才能進(jìn)一步獲得“在什么位置或區(qū)域基于非測(cè)距的定位也就是距離無關(guān)的定位技術(shù)，即通過發(fā)生了特定事件”，實(shí)現(xiàn)

3、對(duì)外部目標(biāo)的定位和追蹤。無線傳感一定方法估計(jì)節(jié)點(diǎn)問的距離或者確定包含未知節(jié)點(diǎn)的可能區(qū)器網(wǎng)絡(luò)定位問題可以分為如下兩類：節(jié)點(diǎn)自身定位和外部目域，來確定未知節(jié)點(diǎn)的位置。在非測(cè)距的定位方法中，最廣標(biāo)定位，前者是后者的基礎(chǔ)。本文主要介紹的是節(jié)點(diǎn)自身的泛使用的是質(zhì)心算法、APIT算法和Dr-Hop定位方法等。定位技術(shù)。節(jié)點(diǎn)自身定位就是根據(jù)少數(shù)已知位置的節(jié)點(diǎn)，按質(zhì)心法的中心思想是：未知節(jié)點(diǎn)以所有在其通信范圍內(nèi)照某種定位機(jī)制確定自身的位置。的錨節(jié)點(diǎn)的幾何質(zhì)心作為自己的估計(jì)位置。具體過程為：錨無線傳感器定位技術(shù)可以分為基于測(cè)距技術(shù)的定位和無節(jié)點(diǎn)每隔一段時(shí)間向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)信標(biāo)信

4、號(hào)，信號(hào)中包需基于測(cè)距技術(shù)的定位?；跍y(cè)距的定位通過測(cè)量節(jié)點(diǎn)間點(diǎn)含有錨節(jié)點(diǎn)自身的ID和位置信息。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)在一段偵聽時(shí)到點(diǎn)的距離或角度信息，使用三邊測(cè)量、三角測(cè)量或最大似間內(nèi)接收到來自錨節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信號(hào)數(shù)量超過某一個(gè)預(yù)設(shè)的門然估計(jì)定位法計(jì)算技術(shù)節(jié)點(diǎn)的位置；無需基于測(cè)距技術(shù)的定限后，該節(jié)點(diǎn)認(rèn)為與此錨節(jié)點(diǎn)連通，并將自身位置確定為所位則無需距離和角度信息，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等信息即可實(shí)有與之連通的錨節(jié)點(diǎn)所組成的多邊形的質(zhì)心。質(zhì)心定位算法現(xiàn)。的最大優(yōu)點(diǎn)是簡單，計(jì)算量小，完全基于網(wǎng)絡(luò)的連通性，但(二)基于測(cè)距的定位技術(shù)是需要較多的錨節(jié)點(diǎn)?；跍y(cè)距技術(shù)的定位技術(shù)在定位精度上相對(duì)

5、較高，但技DV—Hop(distancevector—hop)算法的原理與經(jīng)典的距術(shù)復(fù)雜，受到功耗與成本的限制。基于測(cè)距技術(shù)的定位常用離矢量路由算法比較相似。在DV—Hop算法中，錨節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)的測(cè)距技術(shù)有RSSI，TOA，TDOA和AOA。廣播一個(gè)信標(biāo)，信標(biāo)中包含有此錨節(jié)點(diǎn)的位置信息和一個(gè)初基于RSSI(receivedsignalstrengthindicator)的始值為1的表示跳數(shù)的參數(shù)。此信標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)中被以泛洪的方定位技術(shù)利用信號(hào)在傳遞過程中的衰減特性進(jìn)行距離估計(jì)。式傳播出去，信標(biāo)每次被轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)跳數(shù)都增加1。接收節(jié)點(diǎn)在它已知發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，接收節(jié)點(diǎn)根

6、據(jù)收到的信號(hào)強(qiáng)收到的關(guān)于某一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的所有信標(biāo)中保存具有最小跳數(shù)值度，計(jì)算出信號(hào)的傳播損耗，基于理論和經(jīng)驗(yàn)的信號(hào)衰減模的信標(biāo)，丟棄具有較大跳數(shù)值的同一錨節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)。通過這型將傳輸損耗轉(zhuǎn)化為距離。該方法符合低功耗、低成本的要一機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)(包括其他錨節(jié)點(diǎn))都獲得了到每一求，但信號(hào)強(qiáng)度易受環(huán)境的影響。個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的最d,Ng數(shù)值?；赥OA(TimeofArriva1)的定位技術(shù)中，已知信號(hào)APIT算法首先確定多個(gè)包含未知節(jié)點(diǎn)的三角區(qū)域，這些的傳播速度，根據(jù)傳播時(shí)間來計(jì)算距離，然后利用三角測(cè)量三角行區(qū)域的交集是一個(gè)多邊形，它確定了更小的包含未知算法或極大似然估計(jì)

7、法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置。TOA的定位得到的節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，然后計(jì)算這個(gè)多邊形區(qū)域的質(zhì)心，并將這個(gè)質(zhì)結(jié)果精確度高，但要求節(jié)點(diǎn)保持精確時(shí)間同步，對(duì)節(jié)點(diǎn)硬件心作為未知節(jié)點(diǎn)的位置。和功耗提出了較高的要求。(四)節(jié)點(diǎn)定位的計(jì)算方法基于TDOA(TimeDifferenceofArriva1)的定位技術(shù)在獲取到檢測(cè)數(shù)據(jù)后，可以利用如下方法得到節(jié)點(diǎn)的定由發(fā)射節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號(hào)，接收點(diǎn)位。根據(jù)兩種信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差以及已知這兩種信號(hào)的傳播速度1．三邊測(cè)量法：已知平面(空間)上三點(diǎn)的位置距離，計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)之間的距離。再通過已有的基本定位算法計(jì)算出利用幾何方法可求出D點(diǎn)的坐

8、標(biāo)。【收稿日期】2010