無線傳感器定位技術的應用與改進研究

黃月

沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110168

社會的飛速發展為人們的生活帶來了巨大的變化，人們為了更加高效地利用傳感器的信息，對傳感器的信息處理提出了更高的要求，不但要求其提供的位置信息準確性高，還要具有實時性。現代社會中，人們對無線傳感器定位技術的需求也非常大，無論是民用、商用還是安防方面，都具有非常大的作用和價值。

1 無線傳感器定位技術概述

無線傳感器定位技術就是指在特定的網絡中，利用特定的算法和技術，得知某些節點的位置坐標。其定位技術方法有很多，主要就是根據已知位置的節點來估算未知節點的位置。整個過程需要各個節點互相配合，計算位置，以幫助用戶進行定位或監測。由于整個網絡包括很多環節，所以出于技術或元件自身的原因都會給定位計算帶來局限性[1]。如圖1所示。

圖1 無線傳感器網絡的結構

2 無線傳感器定位技術的分類

2.1 集中式與分布式

按照硬件設備的計算能力不同，可以把無線傳感器定位技術分為集中式與分布式兩種定位技術。首先是集中式定位技術，其中在無限傳感網絡中，只有一個節點具有計算能力，其他的節點把自己得到的信息全部傳遞給這個具有計算能力的參考節點，參考節點把所有的信息進行計算和分析，進而得出每個節點的具體坐標。其次是分布式定位技術，在這樣的無線傳感器網絡中，每一個節點的硬件配置都是一樣的，在網絡運行時，每一個節點都能夠采集自己的信息并進行獨立的計算，得到自己的位置坐標。兩種方法相比，集中式更加具有規劃性，反應也比較快，消耗的能量也比較小，得到的位置也比較精確，但是參考節點的消耗比較大。分布式則使系統的擴展更加方便，但是由于每一個節點都有計算功能，所以整個網絡會相比集中式更加卡頓。

2.2 遞增式和并發式

這種分類方式則是根據無線傳感器網絡中的計算未知節點位置的順序來分類。遞增式定位技術是根據已知位置節點來計算未知節點的位置，再把新計算出的節點當作參考節點繼續計算另外的未知節點位置，這種方式是按照擴散的方式形成節點網絡的。但是由于每一次計算都會產生誤差，所以距離參考節點越遠的節點得出的位置誤差也就越大。并發式則是全部節點都按照參考節點進行定位，這樣的定位技術誤差小，但是對參考節點的部署就要提高要求了。

2.3 絕對定位和相對定位

這種分類方法是按照位置坐標的種類進行劃分的。絕對定位技術是指對未知節點的絕對坐標，例如準確的經度和緯度坐標，GPS功能就是運用了絕對定位的計算方法。相對定位技術則是為未知節點提供參照的相對位置，如果運用的參考節點不同，則未知節點的相對坐標就會改變，這種計算方法會受到節點的移動而影響計算結果。

2.4 需要測量節點距離和無須測量節點距離

大致可以根據是否測量節點之間的距離劃分為兩類。第一類需要測量節點距離，是通過特定的設備，根據接收到節點信號的強度、時間以及角度來計算距離，進而通過計算得到未知節點的具體位置。另一種不需要測量節點之間的距離，是通過無線傳感器中的網絡節點的自成網絡，利用各個節點之間的連通性來計算未知節點的位置。這種測量方法不需要附加的設備來測量節點之間的距離，所以這個系統的節點體積更小，也更加節能，但是缺點就是會有一定的誤差。

3 對于無須測距的定位改進

無須測距的定位方法中，DV-HOP節點定位法是比較常見的一種方法，這種方法在最短路徑算法到參考節點的過程中，充分利用參考節點的位置信息，進而計算出未知節點的位置。這種方法可以降低參考節點的密度，從而節約了布置網絡的成本。但是針對這種算法出現的問題，可以做如下改進：

在第一階段，參考節點會對自身位置信息進行分組，可以在這個分組中加上生存期字段n，這樣就可以保證這個位置信息只在特定位置內廣播，避免了傳統的算法高分組沖突概率。

在第二階段，在對每跳的平均距離進行計算時，參考節點j應當設置在n跳范圍內跳數最少的第m個節點。這樣就可以減少估算距離時的誤差，同時改進后的計算方法也可以用于各向異性網絡。

最后，未知節點估算自己的位置時，距離參考節點越近準確度就越高。因此，可以選取跳段距離最近的l個節點進行極大似然估計法計算，不但可以使位置信息計算更加準確，還節約了節點計算的成本。

4 結束語

無線傳感器定位技術在人們的生活中發揮著越來越大的作用，只有充分運用好這項技術并不斷改進和創新，才能讓這項技術更好地服務于人。希望在未來，無線傳感器定位技術能夠更好地發展，為人們的生產生活提供更大的便利。