無線傳感器節(jié)點定位技術

摘 要：信息技術理論的不斷成熟帶來了無線傳感技術的發(fā)展，無線傳感技術已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測、軍事偵查、交通定位等領域必不可少的一項技術。大量傳感器節(jié)點通過自組織方式形成的傳感器網(wǎng)絡能夠檢測、識別、處理信號收集地理范圍中的各種信號，同時將其傳輸給信號接收方。本文研究了無線傳感網(wǎng)絡中的定位技術，展望了其今后的發(fā)展。

關鍵詞：節(jié)點定位；無線傳感；自組織

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.116

21世紀對人類生產(chǎn)和生活產(chǎn)生深遠影響的技術之一就是無線傳感技術，無線傳感定位已經(jīng)用于險情的定位、環(huán)境監(jiān)測的定位、生物醫(yī)療的定位、軍事國防的定位中。越來越多的專家都開始研究無線傳感定位技術，提出了多種定位理論，其中節(jié)點定位是無線傳感定位技術中研究最為成熟的一種技術。

1 節(jié)點定位技術特點

1.1 集成度高、成本低廉、性價比高

節(jié)點定位技術由于使用了新的、低能耗的微電子器件，能夠做到高度集成，處理器、執(zhí)行器以及傳感器能夠集中于統(tǒng)一的器件中，體積更小，制造價格更低，能耗更少，價格優(yōu)勢更為突出。

1.2 定位節(jié)點密集分布

要想實現(xiàn)無線傳感技術的定位功能，需要將大量傳感器節(jié)點放置于被檢測物體的周圍。被檢測物體周圍放置的傳感器節(jié)點越多，獲得的被檢測物體的信息就越詳細，對被檢測物體的認識也就越準確，檢測精度也就越高。

1.3 自組織結構

節(jié)點定位技術組織結構形式為自組織，之所以選擇這種組織結構形式，主要是因為以下三種原因：

（1）定位環(huán)境復雜多變，傳感器非常容易出現(xiàn)失效，為了解決傳感器失效的情況，提高傳感器檢測精度，通常在節(jié)點監(jiān)測網(wǎng)絡中設置較多的檢測節(jié)點。（2）節(jié)點定位技術中使用的傳感器數(shù)量多，每個傳感器位置并不固定，傳感器相對位置隨機，在布置之前獲得傳感器具體位置是不可能的。（3）節(jié)點定位技術在定位過程使用的定位網(wǎng)絡是非固定的。

因為上述原因，節(jié)點定位技術采用的組織形式為自組織式，能夠根據(jù)檢測環(huán)境和檢測物體的需要隨時對節(jié)點位置進行調整，確保定位的準確性。

2 節(jié)點定位技術算法分類

2.1 分類依據(jù)為是否有參考節(jié)點

如果節(jié)點定位技術中存在已知位置的節(jié)點，就應該使用有參考節(jié)點的算法，例如GPS-Free和Terrain算法等，這些算法首先進行參考節(jié)點定位，但其對參考節(jié)點的數(shù)量有所要求。如果節(jié)點定位技術中節(jié)點的位置都未知，那么就應該使用無參考節(jié)點的算法，例如ABC和AFL算法等，利用節(jié)點之間的距離進行定位。

2.2 分類依據(jù)為節(jié)點的耦合程度

如果節(jié)點之間存在非常密切的耦合作用，應該使用緊密耦合節(jié)點定位算法，例如HT算法、AB算法以及AT&T算法，這種算法的特點就是參考節(jié)點和控制器之間用有線介質進行連接，參考節(jié)點固定于特殊的位置，能夠有效解決節(jié)點之間時間和空間同步性的問題，實現(xiàn)實時定位，定位準確性高，特別適合于室內定位，但算法可擴展性差，在布線較差的環(huán)境中定位效果極差。如果節(jié)點之間耦合作用較為松散，則需要使用松散耦合定位算法。

2.3 分類依據(jù)為節(jié)點的集中程度

如果節(jié)點分布比較集中，使用的定位算法應該為集中式定位算法，例如APIT以及凸規(guī)劃算法。如果節(jié)點分布比較松散，使用的定位算法應該為分布式節(jié)點定位算法，例如DV-Hop算法。增量式節(jié)點定位算法的特點為已知三個或者是四個中心節(jié)點的位置，根據(jù)新節(jié)點和已知中心節(jié)點的距離進行其他節(jié)點位置的計算。

3 算法對比

本節(jié)將對APIT算法、Euclidean算法、RobustPosition算法、BoundingBox算法以及DV-Hop算法進行總結對比：（1）APIT算法的優(yōu)點為性能穩(wěn)定，定位準確，對節(jié)點密度要求不高；缺點為通信量不足，要求良好的網(wǎng)絡連通性；（2）Euclidean算法適用的定位網(wǎng)絡為具有不規(guī)則拓撲結構的網(wǎng)絡，對網(wǎng)絡外部拓撲結構依賴度較高，一次只能傳輸兩跳數(shù)據(jù)包，通信量少，網(wǎng)絡結構和節(jié)點密度影響算法的精確度。（3）RobustPosition算法具有良好的擴展性，如果網(wǎng)絡連通性較好，那么距離誤差對算法的精確度影響非常低，算法定位精確度較高，但對被測網(wǎng)絡的覆蓋時間較長，算法對初始位置依賴度較高，一旦初始位置定位錯誤，整個算法將會失效。（4）BoundingBox算法主要用于節(jié)點定位能力有限網(wǎng)絡的檢測中，對節(jié)點密度有著較高的要求，如果節(jié)點密度小，則算法的精度和定位準確性將會變得非常差。但該算法具有良好的可擴展能力，被測網(wǎng)絡規(guī)模并不影響算法復雜度。（5）DV-Hop算法主要用于具有規(guī)則拓撲結構網(wǎng)絡的定位中，對參考節(jié)點數(shù)量沒有較高的要求，能夠計算密集網(wǎng)絡每一跳的均值，計算量和通信量適中，定位較為準確。

4 節(jié)點定位技術今后發(fā)展的方向

（1）硬件設施 。今后節(jié)點定位技術硬件設施將朝向體積更小、成本更低、功能更強的方向發(fā)展，新能源將成為各種硬件設施工作的動力。

（2）網(wǎng)絡管理 。今后節(jié)點定位技術網(wǎng)絡管理將具有良好的安全性能，將采取多種防干擾技術和信息傳遞認證技術，確保無線傳感定位技術的信息安全；此外，今后節(jié)點定位技術將具有更少的能耗，以更少的能耗獲得更好的系統(tǒng)工作性能。

（3）通信協(xié)議。今后節(jié)點定位技術數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議將會摻雜Mesb、網(wǎng)絡拓撲等多種結構，將會有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和更好的數(shù)據(jù)傳輸質量。今后節(jié)點定位技術不論是物理層通信協(xié)議的調制方式，還是物理層通信協(xié)議的頻段選擇，或者是物理層通信協(xié)議的傳輸媒體和之前相比都有很大的改善，數(shù)據(jù)恢復能力和傳輸能力都有較大的改觀。

5 結束語

在當今國家國防建設領域、居民生活領域、環(huán)境檢測領域以及工農(nóng)發(fā)展領域都離不開無線傳感定位技術，其改變了現(xiàn)代人類生活方式，對世界的發(fā)展產(chǎn)生了非常大的影響，對節(jié)點定位技術的研究是十分迫切并且十分必要的。

參考文獻：

[1]呂占偉，陶崢.無線傳感器網(wǎng)絡定位技術[J].軟件，2015（04）.

[2]馬淑麗，趙建平.無線傳感器網(wǎng)絡中DV-Hop定位算法的改進[J].通信技術，2015（07）.

作者簡介：金亮，男，滿族，遼寧錦州人，研究生，講師，研究方向：自動化。