淺談無線移動傳感器網絡中一種新定位技術

齊蕊 詹世濤

摘要：無線移動傳感器網絡自身節點位置的不確定性，要求對其節點作出頻繁的位置評估。一種良好的無線定位技術應具備低能耗、高精度、魯棒性強等特點，故本文提出一種基于非測距、RSSI的三維快速節點定位技術，這一新定位技術在任何地理環境中均使用，且定位精度較高。對其進行探討，明確其相關內容，意在為這一新定位技術在無線移動傳感器網絡中的推廣應用提供借鑒與支持。

關鍵詞：無線移動傳感器網絡；三維定位技術；節點定位；分析

無線移動傳感器網絡是無線傳感器網絡的重要組成，在其應用領域，移動性的作用越來越突出，但其同時也存在諸多需要克服的問題，如能力消耗、覆蓋范圍、傳感器節點連接等，其中最重要的一個問題就是對移動節點的定位。因此，對無線移動傳感器網絡定位技術進行探討，明確新型技術的相關內容，對于無線移動傳感器網絡的長足、穩定發展具有積極的現實意義。

一、三維節點定位技術的優勢

三維節點定位技術主要具有如下優勢：依靠GPS移動節點來對網絡節點實施定位，在實現高精度定位的同時，定位花費大大減少；應用飛機裝載形式，避免了障礙物影響，定位精度大大提高；三維定位的形式，具有很強的魯棒性，且對于各種地理環境均適用；定位簡單，易于實現，消耗功率小，定位的實現十分快速；相比于當前現有定位技術，具有高精度和分布式計算的特點，無需將測距模塊加入到節點硬件中。

無線傳感器網絡是由多個無線網絡傳感器構成，這些傳感器集傳感器執行、控制器和通信裝置于一體，集傳感與驅動控制能力、計算能力、通信能力于一身的資源受限的嵌入式設備。由這些微型傳感器構成的無線傳感器網絡能夠實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種監測對象信息，并對這些信息進行處理，傳送給需要這些信息的用戶。無線傳感器網絡具有自組織、自愈、多跳等特點，并且節點放置位置大多固定。由于有些無線傳感器現場工作環境比較惡劣，因此在設計無線傳感器網絡協議的時候就必須充分考慮傳感器節點的節能問題和采集數據的實時性傳輸問題。

ZigBee技術是一個具有統一技術標準的短距離無線通信技術，其PHY層和MAC層協議為IEEE802.15.4協議標準。本文提出的無線傳感器網絡工作在全球通用的ISM(Industrial,Scientific and Medica1)免付費頻段2.4GHz上，其數據傳輸速率為250Kb/s,劃分為16個信道。與藍牙或802.11b等同屬短距離無線通信技術相比，ZigBee技術具有先天的優勢。ZigBee設備為低功耗設備，具有能量檢測和鏈路質量指示的功能。同時，由于采用了碰撞避免機制(CSMA—CA)，避免了發送數據時的沖突。在網絡安全方面，采用了密鑰長度為128位的加密算法，對所傳輸的數據信息進行加密處理，保證了數據傳輸時的高可靠性和安全性。

二、三維節點定位技術的定位實現

（一）選擇信標點

為獲取待定位節點位置，通常選用兩類信標點，一類表示為待定位節點從移動錨節點中第一次正確收到包信息時，移動錨節點所對應的位置；另一類表示為移動錨節點所有位置信息中，獲得最大RSSI值的待定位節點所對應的移動錨節點位置。移動錨節點在傳感區域上空飛行，并伴有一定周期廣播包，其中包括錨節點的預定義生存時間、時間戳、坐標、ID等。此點應注意，廣播周期受通信環境和硬件的影響，其大小同發送信息的長度和節點發送速率有關。故實際選擇中，應將這些因素納入考慮范圍當中。為獲取信標點，每兩個表格（定位信息表格和移動錨點訪問表格）應由一個傳感器節點進行維護，前者包含兩類新標點及狀態的定位信息，后者是對傳感器節點正確接收錨點信息及此時RSSI值的記錄。

（二）確定待定位節點的位置

對待位節點所獲取的新標點作集合處理（Ax，Bx），x=1,2,3….，并對定位信息表中的狀態標識值進行更改。而當待位節點所獲取的新標點達三對時，定位狀態的標識值便開始由定位位置初次信息、定位位置再次信息、位置可計算信息的依次轉變。當定位狀態的標識值轉變成定位位置可計算信息時，便可就節點相應位置作出確定。且試驗表明，這一新定位技術在任何三維地理環境下均可達到節點定位作用。

三、三維節點定位技術的實施過程

三維節點定位技術的實施過程基本包括如下內容：第一，布置傳感器節點于指定區域，且在制定區域范圍內運用費用來進行傳感器節點的安裝是最常用形式，從而對這些節點不需要采取其他措施或人工定位便可獲取真實地理坐標；第二，創建每個節點的定位信息表格該表格中包含極值，并依據極值來對其初始定位狀態加以定位；第三，移動錨節點對自身信息作出周期性的廣播，其信息包括此次生存時間、當前位置信息、ID和時間戳；第四，當傳感器節點完成對移動錨節點發出信息的接收后，其首要任務就是對移動錨節點是否達到單次生存期限作出判斷；第五，如期限未滿，則對移動錨節點發送信息的接收是否為第一次作出判斷，如為第一次，則應進行節點訪問表格的創建，如不是第一次，則應就當前值同RSSI值作出比較；第六，對移動錨節點第一次發出的節點信息進行判斷，并即刻針對該節點創建訪問表格，并對移動錨點的RSSI值、ID、時間戳、坐標值加以記錄。同時，將移動錨點當前位置信息存放于節點定位信息表格當中；第七，當移動錨節點單詞生存時間達到極致時，應在節點定位信息表格中就移動訪問表格中的錨點坐標加以保存。之后，將移動錨點訪問表格刪除，并進行節點定位狀態信息的更新，將自身定位狀態信息一次變為位置信息的初次定位、再次定位、可計算值；第八，對節點自身狀態是否為可計算信息作出判斷，如果是，便可直接確定節點位置，如果尚未達到可計算狀態，則將定位信息復位于過程四來重復之后過程。

結語

無線移動傳感器網絡的發展，依靠于快速、準確的節點定位，三維節點定位技術作為一種新型的定位技術能夠很好地滿足其應用要求，且我們有理由相信，隨著科學技術的不斷發展，三維節點定位技術必將進一步完善，從而更好地應用于無線移動傳感器網絡當中。

參考文獻

[1]李煜.基于移動無線傳感器網絡的定位研究概論[J].工業控制計算機.2011（8）

[2]孫燕.無線傳感器網絡管理與節點定位技術研究[J].管理科學與工程.2010（5）

[3]魏葉華.無線傳感器網絡中定位問題研究[J].計算機應用技術.2012（1）

[4]王偉東，董育寧.移動傳感器網絡定位技術研究[J].信號與信息處理.2011（9）