基于Semidefine Programming算法的無線傳感器網絡節(jié)點定位研究

摘要：首先在無線傳感器網絡模型假設下給出了模型，相關概念和定在過程的介紹，然后利用Semidefine Programming定在算法對無線傳感器網絡節(jié)點定位方法進行了研究。經過仿真實驗證明，Somidefine Programming算法可以有效降低網絡的成本。而且對定位精度的改進效果也非常明顯。

關鍵詞：無線傳感器網絡 節(jié)點定位 Semidefine Programming算法

中圖分類號：TP21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-008X(2012)01(c)-0006-02

1 引言

作為一種新的信息獲取和處理技術，無線傳感器網絡具有巨大的應用價值，引起了世界上許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學術界的極大關注。定位技術是無線傳感器網絡中的支撐技術，位置信息對于傳感器網絡的監(jiān)測活動是至美重要，在基于地理信息的路由、資源的有效配置、對外部目標的定位和追蹤、計算網絡覆蓋范圍、控制網絡的負載均衡等方面都需要準確的位置信息，沒有位置信息的數據在很多場合是沒有任何意義的。由于無線傳感器網絡節(jié)點一般是事先隨機鋪灑在特定的區(qū)域，無法預知節(jié)點位置，通過節(jié)點之間有限的消息傳輸實現節(jié)點坐標獲取是定位技術的主要考慮方面。本文主要基于SemidefineProgramming算法研究無線傳感器網絡節(jié)點定位問題。

2 無線傳感器網絡模型假設

根據無線傳感器網絡的特點和本章無線傳感器網絡自身定位算法所關注的方面，對需要進行節(jié)點定位的無線傳感器網絡模型做出如下假定：

(1)無線傳感器網絡節(jié)點部署在二維的區(qū)域上。

(2)傳感器節(jié)點采用自由空間電波傳播模型，即節(jié)點的通信范圍是一個圓。

(3)傳感器節(jié)點間具有對稱的通信能力，通信半徑一致，所有的消息都可被正確接收。

(4)傳感器節(jié)點能夠發(fā)現其鄰居節(jié)點，鄰居節(jié)點之間可以自由通信。

(5)傳感器節(jié)點都具有一定的計算能力，可以滿足算法的計算要求。

(6)傳感器節(jié)點具有一定的存儲盤，能夠把定位需要的信息，比如鄰居節(jié)點、信標節(jié)點的位置和距離等存儲起來，有效的管理使用。

(7)部分傳感器節(jié)點通過配備GPS接收器或人工部署已經實現定位，成為信標節(jié)點。

3 基本概念定義

發(fā)射半徑：傳感器節(jié)點的無線發(fā)射模塊發(fā)射信號的最大傳播距離，傳播距離越大，節(jié)點耗能也越大。

通信半徑：兩個傳感器節(jié)點不需要節(jié)點轉發(fā)消息，能正常直接通信的最大距離，即兩個互為鄰居的節(jié)點可能的最長距離。

對于發(fā)射半徑和通信半徑的關系，一般來說，傳感器節(jié)點在以一定的功率向外發(fā)射無線信號時，由于受到反射，障礙物干擾等方面的影響，信號會隨著距離的增加而衰減，通信半徑是指信號衰減到無法披正確識別的功率時的距離，而發(fā)射半徑指信號衰減到零時的距離，因而發(fā)射半徑要比通信半徑大。本文討論傳感器網絡時，假設所有的節(jié)點發(fā)送功率相同，即具有相同的發(fā)射半徑和通信半徑。

4 無線傳感器網絡自定位算法定位過程

在無線傳感器網絡中的定位過程一般包括兩個方面：距離測定和位置計算。

距離測定一定位過程的距離測定主要是指節(jié)點間距的測量。根據節(jié)點自身是否帶有測距裝置，現有算法一般分為基于測距和無需測距，基于測距的算法對于一跳以內的鄰居節(jié)點距離獲取主要采用的測距方式，常用的有TOA、TDOA、AOA和RSSI。而無需測距的算法中就完全不需要節(jié)點的測距功能，依靠節(jié)點之間跳數信息和最小距離值以及其他的一些輔助信息估算距離值。

位置計算一位置計算過程主要是在獲得節(jié)點之間的距離值之后，采取不同的方法計算出坐標。現有算法中最主要的方法主要有三邊測量法、三角測量法和最大最小值法。

5 Semidefine Programmlng定位算法

斯坦福大學Pratik Biswas等人提出