無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)可靠性分析

唐迪李浩

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位越來越多地應(yīng)用到實際生活中，可靠性是一個重要的技術(shù)參數(shù)。比較了幾種定位技術(shù)的可靠性，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的可靠性計算提供了一種分析方法。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；定位技術(shù)；技術(shù)可靠性

DOIDOI：10.11907/rjdk.161511

中圖分類號：TP301

文獻標(biāo)識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）009002002

基金項目基金項目：周口師范學(xué)院教育教學(xué)改革研究項目（J2016053）

作者簡介作者簡介：唐迪（1986-），女，河南周口人，碩士，周口師范學(xué)院外國語學(xué)院助理實驗師，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)、云計算、可靠性計算；李浩（1988-），男，河南周口人，碩士，周口師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院教師，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)、云計算。

0引言

隨著計算機、無線通信和微電子這3大技術(shù)的進步，無線傳感器的發(fā)展和創(chuàng)新進入了一個全新高度，其造價、能耗、通信以及尺寸等多方面實現(xiàn)了突破，出現(xiàn)了具備無線通信、數(shù)據(jù)采集和處理等多種功能兼?zhèn)涞膫鞲衅鞴?jié)點，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network，WSN）應(yīng)運而生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過傳感器節(jié)點實時監(jiān)測、采集部署區(qū)域內(nèi)的信息數(shù)據(jù)，以多跳的方式傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，并通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)送達管理節(jié)點交由用戶配置和管理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點有自組織、快速部署、動態(tài)性、魯棒性、可靠性等，應(yīng)用前景廣闊。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在多個領(lǐng)域成功應(yīng)用，包括軍事、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測、醫(yī)療護理及智能家居等。實際應(yīng)用中，由于環(huán)境、成本等多種因素制約，為每個節(jié)點裝載GPS模塊是不現(xiàn)實的。一般是預(yù)先部署在已知位置，或者少量節(jié)點裝載GPS獲取自身坐標(biāo)，既要滿足定位需求，又要注意能耗。因此，如何平衡資源配置對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位問題非常重要。

1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法

1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

傳感器節(jié)點的位置信息是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集和傳輸中不可缺少的部分，沒有位置信息的監(jiān)測數(shù)據(jù)無任何意義。比如火災(zāi)、有害氣體泄漏等突發(fā)事件，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)檢測到了數(shù)據(jù)，但是沒有獲取事件發(fā)生的具體位置則后續(xù)工作無法進行。為了提供有效的位置信息，除預(yù)先在指定位置投放傳感器節(jié)點外，隨機部署的傳感器節(jié)點必須在投放后快速確定位置。由于傳感器節(jié)點存在資源受限、通信線路不穩(wěn)定、易受環(huán)境干擾甚至節(jié)點失效等問題，定位機制必須滿足自組織性、健壯性、能量高效、分布式計算等要求。

根據(jù)節(jié)點位置是否已知，可將傳感器節(jié)點分為信標(biāo)節(jié)點和未知節(jié)點。信標(biāo)節(jié)點位置已知，未知節(jié)點以信標(biāo)節(jié)點為參考，按照某種定位機制確定自身位置。在WSN節(jié)點定位過程中，通常使用三邊測量法、三角測量法或極大似然估計法確定未知節(jié)點位置。

1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法

根據(jù)定位過程是否需測量節(jié)點間的距離或角度，WSN定位可分為基于距離的定位和與距離無關(guān)的定位兩種方式。

基于距離的定位機制通常采用測距、定位和修正等步驟，得出相鄰節(jié)點間的距離或方位，確定未知節(jié)點的位置。根據(jù)測距和測角度方法的不同，基于距離的定位分為基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位、基于RSSI的定位等。基于距離的定位機制通常精度較高，而測量實際距離或角度需要特殊的硬件支持，因此節(jié)點的硬件以及能源消耗較大。

距離無關(guān)的定位方式無須測量實際距離和方位即可完成定位。目前提出的定位機制主要有質(zhì)心算法、DV-Hop算法、Amorphous算法、APIT算法等。由于測量數(shù)據(jù)較少，節(jié)約了節(jié)點硬件資源，降低了成本，因此更適合大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建。距離無關(guān)的定位機制受環(huán)境因素影響較小，雖然定位誤差有所增加，但其定位精度已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)實際應(yīng)用要求。