無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

呂占偉　陶崢

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種典型的無線網(wǎng)絡(luò)。它由一系列被稱為傳感器節(jié)點的微小裝置構(gòu)成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是快速發(fā)展的領(lǐng)域之一。它的主要應(yīng)用包括遠程環(huán)境監(jiān)測、目標跟蹤等等。在2D定位追蹤方面提出的各種算法有很好的準確性，但實際應(yīng)用中，我們要求準確的三維估計以及更精確的定位性。二維的算法可以應(yīng)用在平坦的區(qū)域，但也需要在艱苦的環(huán)境中定位，因此需要提出一種三維算法，可以提供更好的精確性，減少估計誤差。本文的目標就是提出這種節(jié)點的定位技術(shù)。

關(guān)鍵詞：定位技術(shù)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；集中式；基于距離；分布式；錨節(jié)點

中圖分類號：TP212.6 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.018

0.引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以感知或者監(jiān)視環(huán)境變化，并且通過基站將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。它的應(yīng)用包括軍事戰(zhàn)場監(jiān)視，棲息地的監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)測，醫(yī)療應(yīng)用，目標跟蹤等等。節(jié)點在向鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須知道自己的位置。由于節(jié)點非常多，不可能讓基站來查詢節(jié)點位置，這樣，為了向用戶提供精確的位置，節(jié)點在發(fā)送信息的時候要同時發(fā)送自己的位置信息。也就意味著節(jié)點必須可以定位本身。

節(jié)點間的協(xié)作是非常必要的，這樣定位可以由節(jié)點本身來完成，不需要任何人為干預(yù)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通常這樣的協(xié)作出現(xiàn)在特定區(qū)域的節(jié)點之間。在大多數(shù)的定位算法，通常情況下，信標和錨節(jié)點相互協(xié)作，通過考慮有限的能源資源，節(jié)點數(shù)量和密度，以及障礙的存在等方面信息來計算節(jié)點位置信息。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的位置識別或定位是指通過確定每個節(jié)點的地理坐標建立一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地圖。定位可以手動或使用GPS來完成。手動定位是通過計算和人工交互來完成，而GPS定位則是依靠衛(wèi)星的幫助。但全球定位系統(tǒng)有也局限性，就是在茂密的森林，山脈或其他GPS衛(wèi)星擋住視線的障礙物時便無法實施。使用參考節(jié)點，就像鄰居節(jié)點和錨節(jié)點（在GPS的幫助下已經(jīng)知道他們的位置）來定位。定位算法大多是基于2-維平面的，即x和v平面，其中x和v的坐標是在海拔高度是固定的發(fā)前提下與表面的實際位置相同。二維定位系統(tǒng)相對而言不復(fù)雜，需要的精力和時間也不多，平坦區(qū)域時有很好的精確性，但是難以估算惡劣的地形。當節(jié)點的數(shù)目很多并且錨節(jié)點都存在時，它可以提供精確的距離。三維平面就是增加了一個z平面，它可以計算高度來給出更有效的位置信息。即使在惡劣的區(qū)域和丘陵地形也可以提供良好的精度。但是因為位置信息由三個平面構(gòu)成，當這些估計的位置信息映射到現(xiàn)實世界中時，誤差可以存在。采用3D定位系統(tǒng)，這個問題就會完全消除。

1.文獻調(diào)研

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）由大量部署在物理環(huán)境中的小型設(shè)備構(gòu)成。每個節(jié)點都具有特殊的功能，例如與鄰居節(jié)點進行無線通信，感知，數(shù)據(jù)存儲和處理。在二維平面上確定節(jié)點的位置信息需要3個錨節(jié)點，而三維則需要四個錨節(jié)點。節(jié)點的種類如下：

錨節(jié)點：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點是可通過某種手段自主獲取自身位置的節(jié)點，被稱為錨或信標節(jié)點。

基站：是一種特殊的錨節(jié)點。把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息路由到PC。PC把獲得的信息提供給其余的AMI設(shè)備。