無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點定位算法的研究

湖北工業(yè)大學 陳小峰

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點定位算法的研究

湖北工業(yè)大學 陳小峰

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，WirelessSensorNetworks,簡稱WSN。它是一種多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，將傳感器技術(shù)，分布式信息處理技術(shù),無線通信技術(shù)和嵌入式計算等技術(shù)融為一體，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r監(jiān)測，感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境和監(jiān)測對象的綜合信息。本文的主要工作是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點定位技術(shù)進行深入的研究，研究的主要內(nèi)容包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位的研究背景，國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的發(fā)展。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點定位算法；研究

1 主要研究內(nèi)容

第1章講述了本課題的研究背景以及研究意義，并通過分析國內(nèi)外對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，確定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位這一研究方向。

第2章介紹了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)特點以及體系結(jié)構(gòu)，并給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點定位算法的評價指標和定位算法在實際應(yīng)用環(huán)境中的影響因素。

第3章詳細介紹了幾種比較典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點定位算法，主要分為基于測距的定位和無須測距的定位算法，并給出了相應(yīng)定位算法的優(yōu)缺點。

第4章結(jié)合到達時間定位技術(shù)和時鐘同步技術(shù)，介紹了兩種基于線性調(diào)頻擴頻的測距方法，分別是雙邊測量法和基于對稱的雙向雙邊測距法，并通過仿真分析得出基于對稱的雙向雙邊測距法具有很好的測距效果，誤差比基于雙邊測距法優(yōu)越很多。

第5章在完成對距離的測量后，將開始進行定位計算，首先介紹了最基本的三邊定位法，然后將三邊定位法擴展到一般情況，即多邊定位法，多邊定位法中將采取最小二乘的思想來對目標物體進行定位的分析研究，最后通過仿真分析，得出使用最小二乘定位比三邊定位法具有更高的定位精度。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點定位技術(shù)

本文的主要工作是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點定位技術(shù)進行深入的研究，研究的主要內(nèi)容包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位的研究背景，國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的發(fā)展。分析介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的特點與現(xiàn)狀，包括節(jié)點定位的原理，節(jié)點定位的技術(shù)挑戰(zhàn)和評價指標。分析了幾種典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點定位算法。分別對RSSI測距模型和SDS-TWR測距模型做出了研究分析，通過實驗對上述兩種測距模型做出了比較，分析了基于RSSI的測距模型的環(huán)境影響因素對信號傳播的損耗，基于SDSTWR測距模型中對于節(jié)點的時鐘偏頻對于測距誤差的影響，并通過實驗仿真結(jié)果，驗證兩種測距模型的各自優(yōu)缺點。最后通過加權(quán)質(zhì)心定位算法和最小二乘定位算法的分析對比，并通過實驗仿真，得出基于最小二乘定位算法在定位的精度上較加權(quán)質(zhì)心定位算法上會更精確。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當今信息領(lǐng)域研究的熱點，涉及到很多學科交叉的研究領(lǐng)域，其中包括很多的關(guān)鍵技術(shù)，比如：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，拓撲控制，網(wǎng)絡(luò)安全，定位技術(shù)，時間同步，數(shù)據(jù)融合，分布式計算，嵌入式操作系統(tǒng)，無線通信等技術(shù)。人類進入21世紀以來，隨著信息社會的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個嶄新的充滿挑戰(zhàn)的新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用而生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點具有下面這些特點：信息匯聚，信息處理，信息傳輸，并且具有體積小、性能高、功耗低等特點，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用到國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)、智能交通等領(lǐng)域[2]。比如基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場目標跟蹤系統(tǒng)，礦井安全救災(zāi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能交通系統(tǒng)，智能大田灌溉的ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計等。因此，目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。

針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點定位算法定位精度和定位設(shè)備耗費成正比的條件，即現(xiàn)在的定位算法，如果想保證定位精度很高，則需要投入大量的成本，比如通過在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)布置大量的錨節(jié)點，這樣的話的確可以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位精度，但在成本上的投入則增加了很多，所以現(xiàn)在我們的研究工作就是需要通過不斷的學習已有的定位算法，通過在已有算法上進行改良，確保在不需要投入大量硬件成本的前提下，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的定位精度。

3 結(jié)論

總的來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集數(shù)據(jù)采集，無線傳輸，信息處理于一體的新型無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為21世紀的一項新技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的很大關(guān)注，隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在人們的日常生活、工業(yè)控制、環(huán)境檢測、智能交通、國防軍事等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認為是21世紀最重要的技術(shù)之一，將會對人類未來的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。

[1]Guolin Sun,G.uo Wei.Comparison of distributed localizationalgorithms for sensor network with a mobile beacon[C].In:Proc.of the IEEE Int'l Conf.on Networking,Sensing and Control.2004.536-540.

[2]GalstyanA,Krishnamachari B,LermanK,PattemS.Distributed online localization in sensor networks usinga mobile target[C].In Proc.ACM/IEEE IPSN,Berkeley,USA,April 26-27,2002:61-70.

[3]SichitiuM L,Ramadurai V.Localization of wirelesssensor networks with a mobile beacon[C].Proc of MASS.Piscataway,NJ:IEEE,2004:174-183.

2017-09-10）