【摘要】本文從算法性能、已有的定位算法、定位算法的分類和WSN節(jié)點(diǎn)定位機(jī)制的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面，針對(duì)無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和探討。并與經(jīng)典的APIT算法、凸規(guī)劃定位算法進(jìn)行了比較。結(jié)論顯示出在不同的環(huán)境之下不同的算法各有優(yōu)劣，并不能指出最好的算法。實(shí)際操作中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的需求來選擇算法，并對(duì)未來無限傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的發(fā)展方向做出了預(yù)測(cè)。

　　【關(guān)鍵詞】sci論文,無線傳感器,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),定位技術(shù)

　　前言

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是基于微機(jī)電系統(tǒng)、數(shù)字電子技術(shù)和無線通信的發(fā)展上所形成的厄一種新型技術(shù)，其主要的核心內(nèi)容包括有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)鐘同步覆蓋和布局等等[1]。其中，對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)空間探測(cè)、目標(biāo)追蹤和環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能而言，節(jié)點(diǎn)定位是必不可少的技術(shù)內(nèi)容，同時(shí)也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能之一。當(dāng)前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的最新研究方向主要集中在能耗、覆蓋率、節(jié)點(diǎn)密度、定位精度和定位系統(tǒng)的算法優(yōu)勢(shì)上，以下將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的描述。

　　1.定位機(jī)制

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布是隨機(jī)性的，相對(duì)能量受到限制且可靠性不足，在有限的距離限制下，這就對(duì)于算法的技術(shù)提出了較高的要求。一般而言定位的機(jī)制可以分為以下幾個(gè)程序：首先是采取AOA、TDOA、TOA和RSSI等測(cè)量技術(shù)來獲取鄰居錨節(jié)點(diǎn)的角度和距離，并通過信息的聯(lián)通的估算節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離[2]。然后，通過算法的運(yùn)算來得出實(shí)際的距離值。一般可以采取的計(jì)算方式有極大似然估計(jì)法、三角測(cè)量法和三邊測(cè)量法等等。最后，對(duì)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和優(yōu)化。

　　2.性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)的性能，對(duì)其他功能都有著直接性的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)的方面，我們一般選取以下指標(biāo)來作為對(duì)象和標(biāo)準(zhǔn)。例如，代價(jià)、功耗、自適應(yīng)性和容錯(cuò)性、覆蓋率、錨節(jié)點(diǎn)密度和定位精度等[3]。都是常用來衡量和評(píng)價(jià)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)性能的指標(biāo)。

　　3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的種類

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的種類多種多樣，一般都沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，往往根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行分類和區(qū)分。

　　3.1 測(cè)距定位和非測(cè)距定位

　　第一種采取的是測(cè)量?jī)蓚�(gè)節(jié)點(diǎn)之間的方位和距離，根據(jù)做的的具體數(shù)據(jù)來推測(cè)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的大概位置。而第二種方式則無需測(cè)量精確的距離，還需要通過測(cè)量相對(duì)的距離或者位置就可以推算出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的大概距離，并推算出其大概位置。Range-based定位算法的常用的方式主要有到打攪測(cè)距AOA、時(shí)間差測(cè)距TDOA、到達(dá)時(shí)間測(cè)距TOA和接受信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距RSSI等[4]。

　　3.2 相對(duì)定位和絕對(duì)定位

　　和物理定位基本類似，是絕對(duì)定位的特點(diǎn)。定位的結(jié)果通常都可以得到一個(gè)精確的位置坐標(biāo)。與之相對(duì)應(yīng)的相對(duì)定位方式，則是利用網(wǎng)絡(luò)中已知的定位節(jié)點(diǎn)形成的整體網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，以絕對(duì)定位的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為對(duì)照來定位其余的節(jié)點(diǎn)。這種定位方式的優(yōu)點(diǎn)是不太容易受到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的影響，在應(yīng)用的范圍上具有廣闊性。并且在相對(duì)定位的基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)一定程度上的路由協(xié)議。這種路由協(xié)議是不需要錨節(jié)點(diǎn)的。

　　3.3 分布式計(jì)算和集中式計(jì)算

　　所謂的分布式計(jì)算是指根據(jù)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)和信息交換，任由節(jié)點(diǎn)自由進(jìn)行計(jì)算的一種計(jì)算形式;而集中式計(jì)算則是指將所需要運(yùn)算的信息通過節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)之后再進(jìn)行定位計(jì)算，最后得到結(jié)果的一種計(jì)算方式。

　　3.4 松散耦合和緊密耦合

　　松散耦合的定義是指定位系統(tǒng)中的各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)采取的是不需要中心控制器的協(xié)調(diào)形式和分布狀態(tài)。而緊密耦合是指各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過固定的形式與中心控制器相連接，并且固定在一定的物理位置上。

　　3.5 粗粒度和細(xì)粒度

　　細(xì)粒度是指可以依據(jù)時(shí)間的長短和信息信號(hào)的強(qiáng)弱來判斷錨節(jié)點(diǎn)之間的位置。并且還可以分為基于方向測(cè)量和距離兩種不同的測(cè)量形式。而粗粒度是指依據(jù)錨節(jié)點(diǎn)之間的接近程度來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)距離的估算和測(cè)量。

　　4.經(jīng)典無線網(wǎng)絡(luò)傳感器定位系統(tǒng)算法

　　怎對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的經(jīng)典算法有很多種，其中在各種不同的使用環(huán)境下，不同的算法具有不同的優(yōu)點(diǎn)和是適應(yīng)性，很難說哪一種是最好的，并且由于節(jié)點(diǎn)的數(shù)量上的限制，計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的局限性，因此對(duì)于算法的要求是盡量的高效簡(jiǎn)單的。經(jīng)典的Range-based定位算法從精確度上而言非常不錯(cuò)，但是由于大部分的系統(tǒng)成本較低，功率較低，因此很難運(yùn)用這種能耗大，復(fù)雜性高的系統(tǒng)。

　　4.1 APIT算法

　　該算法的核心思想是將需要定位的節(jié)點(diǎn)周邊的節(jié)點(diǎn)位置信息收集到位，主要是形成三個(gè)已知錨節(jié)點(diǎn)形成的三角區(qū)域內(nèi)，位置節(jié)點(diǎn)是否存在其中，并且運(yùn)算出所有的可能性，最后對(duì)未知的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確的定位。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是具有較小的誤差概率，但是也會(huì)有一定的使用缺點(diǎn)那就是對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的密度較大，所以如果節(jié)點(diǎn)的密度較低的情況下，不適宜選取這種算法。

　　4.2 凸規(guī)劃定位算法

　　這種算法的基礎(chǔ)是來源于網(wǎng)絡(luò)的連通性來實(shí)現(xiàn)的，通過約束誘導(dǎo)節(jié)點(diǎn)之間兩點(diǎn)的通信連接來作為節(jié)點(diǎn)定位的幾何約束的基礎(chǔ)。這種算法的優(yōu)勢(shì)在于將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊化并且形成了一個(gè)凸集，從而將節(jié)點(diǎn)定位的問題轉(zhuǎn)換成為了凸約束優(yōu)化的問題來解決。

　　5.小結(jié)

　　文章中，針對(duì)經(jīng)典的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)的算法進(jìn)行了簡(jiǎn)答的比較和分析，并對(duì)定位的算法分類、評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和性能評(píng)估都做了一定闡述，比較了算法之間的優(yōu)勢(shì)�？偠�言之，在不同的測(cè)試環(huán)境下，不同的算法具有不同的功效，沒有說哪一種算法是最好的，因此具體采取哪種算法應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的運(yùn)用需求來進(jìn)行實(shí)際分析。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王梓有，周憲英.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中AOA節(jié)點(diǎn)定位改進(jìn)算法研究[J].電子設(shè)計(jì)工程.2012(13).

　　[2]劉世森，湯朝明，吳畏.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的TOA測(cè)距方法研究[J].工礦自動(dòng)化.2012(03).

　　[3]劉影，錢志鴻，王雪，李奕男.基于到達(dá)時(shí)間差的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心定位算法[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版).2010(01).

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