無線傳感器網絡定位技術

呂占偉　陶崢

摘要：無線傳感器網絡是一種典型的無線網絡。它由一系列被稱為傳感器節點的微小裝置構成。無線傳感器網絡是快速發展的領域之一。它的主要應用包括遠程環境監測、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。二維的算法可以應用在平坦的區域，但也需要在艱苦的環境中定位，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點的定位技術。

關鍵詞：定位技術；無線傳感網絡；集中式；基于距離；分布式；錨節點

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

無線傳感器網絡是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。節點可以感知或者監視環境變化，并且通過基站將收集到的數據發送給用戶。它的應用包括軍事戰場監視，棲息地的監測，環境監測，醫療應用，目標跟蹤等等。節點在向鄰居節點發送數據之前必須知道自己的位置。由于節點非常多，不可能讓基站來查詢節點位置，這樣，為了向用戶提供精確的位置，節點在發送信息的時候要同時發送自己的位置信息。也就意味著節點必須可以定位本身。

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

在無線傳感器網絡（WSN）的位置識別或定位是指通過確定每個節點的地理坐標建立一個無線傳感器網絡的地圖。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定位則是依靠衛星的幫助。但全球定位系統有也局限性，就是在茂密的森林，山脈或其他GPS衛星擋住視線的障礙物時便無法實施。使用參考節點，就像鄰居節點和錨節點（在GPS的幫助下已經知道他們的位置）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前提下與表面的實際位置相同。二維定位系統相對而言不復雜，需要的精力和時間也不多，平坦區域時有很好的精確性，但是難以估算惡劣的地形。當節點的數目很多并且錨節點都存在時，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成，當這些估計的位置信息映射到現實世界中時，誤差可以存在。采用3D定位系統，這個問題就會完全消除。

1.文獻調研

無線傳感器網絡（WSN）由大量部署在物理環境中的小型設備構成。每個節點都具有特殊的功能，例如與鄰居節點進行無線通信，感知，數據存儲和處理。在二維平面上確定節點的位置信息需要3個錨節點，而三維則需要四個錨節點。節點的種類如下：

錨節點：無線傳感器網絡中的節點是可通過某種手段自主獲取自身位置的節點，被稱為錨或信標節點。

基站：是一種特殊的錨節點。把無線傳感器網絡信息路由到PC。PC把獲得的信息提供給其余的AMI設備。