基于Semidefine Programming算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位研究

摘要：首先在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型假設(shè)下給出了模型，相關(guān)概念和定在過程的介紹，然后利用Semidefine Programming定在算法對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法進(jìn)行了研究。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)證明，Somidefine Programming算法可以有效降低網(wǎng)絡(luò)的成本。而且對(duì)定位精度的改進(jìn)效果也非常明顯。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)定位 Semidefine Programming算法

中圖分類號(hào)：TP21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-008X(2012)01(c)-0006-02

1 引言

作為一種新的信息獲取和處理技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，引起了世界上許多國(guó)家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的支撐技術(shù)，位置信息對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)是至美重要，在基于地理信息的路由、資源的有效配置、對(duì)外部目標(biāo)的定位和追蹤、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、控制網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡等方面都需要準(zhǔn)確的位置信息，沒有位置信息的數(shù)據(jù)在很多場(chǎng)合是沒有任何意義的。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般是事先隨機(jī)鋪灑在特定的區(qū)域，無法預(yù)知節(jié)點(diǎn)位置，通過節(jié)點(diǎn)之間有限的消息傳輸實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)獲取是定位技術(shù)的主要考慮方面。本文主要基于SemidefineProgramming算法研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問題。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型假設(shè)

根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和本章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位算法所關(guān)注的方面，對(duì)需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型做出如下假定：

(1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署在二維的區(qū)域上。

(2)傳感器節(jié)點(diǎn)采用自由空間電波傳播模型，即節(jié)點(diǎn)的通信范圍是一個(gè)圓。

(3)傳感器節(jié)點(diǎn)間具有對(duì)稱的通信能力，通信半徑一致，所有的消息都可被正確接收。

(4)傳感器節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)現(xiàn)其鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)之間可以自由通信。

(5)傳感器節(jié)點(diǎn)都具有一定的計(jì)算能力，可以滿足算法的計(jì)算要求。

(6)傳感器節(jié)點(diǎn)具有一定的存儲(chǔ)盤，能夠把定位需要的信息，比如鄰居節(jié)點(diǎn)、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置和距離等存儲(chǔ)起來，有效的管理使用。

(7)部分傳感器節(jié)點(diǎn)通過配備GPS接收器或人工部署已經(jīng)實(shí)現(xiàn)定位，成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

3 基本概念定義

發(fā)射半徑：傳感器節(jié)點(diǎn)的無線發(fā)射模塊發(fā)射信號(hào)的最大傳播距離，傳播距離越大，節(jié)點(diǎn)耗能也越大。

通信半徑：兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)不需要節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)消息，能正常直接通信的最大距離，即兩個(gè)互為鄰居的節(jié)點(diǎn)可能的最長(zhǎng)距離。

對(duì)于發(fā)射半徑和通信半徑的關(guān)系，一般來說，傳感器節(jié)點(diǎn)在以一定的功率向外發(fā)射無線信號(hào)時(shí)，由于受到反射，障礙物干擾等方面的影響，信號(hào)會(huì)隨著距離的增加而衰減，通信半徑是指信號(hào)衰減到無法披正確識(shí)別的功率時(shí)的距離，而發(fā)射半徑指信號(hào)衰減到零時(shí)的距離，因而發(fā)射半徑要比通信半徑大。本文討論傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)，假設(shè)所有的節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率相同，即具有相同的發(fā)射半徑和通信半徑。

4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自定位算法定位過程

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位過程一般包括兩個(gè)方面：距離測(cè)定和位置計(jì)算。

距離測(cè)定一定位過程的距離測(cè)定主要是指節(jié)點(diǎn)間距的測(cè)量。根據(jù)節(jié)點(diǎn)自身是否帶有測(cè)距裝置，現(xiàn)有算法一般分為基于測(cè)距和無需測(cè)距，基于測(cè)距的算法對(duì)于一跳以內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)距離獲取主要采用的測(cè)距方式，常用的有TOA、TDOA、AOA和RSSI。而無需測(cè)距的算法中就完全不需要節(jié)點(diǎn)的測(cè)距功能，依靠節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)信息和最小距離值以及其他的一些輔助信息估算距離值。

位置計(jì)算一位置計(jì)算過程主要是在獲得節(jié)點(diǎn)之間的距離值之后，采取不同的方法計(jì)算出坐標(biāo)。現(xiàn)有算法中最主要的方法主要有三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法和最大最小值法。

5 Semidefine Programmlng定位算法

斯坦福大學(xué)Pratik Biswas等人提出