無線傳感器網絡混合定位技術研究

摘要：在大規模復雜無線傳感器網絡中往往采用多種節點定位技術，在此結合現有無線傳感器定位技術的現狀，提出了一種混合定位技術以實現不同定位方法之間的互補。一方面利用RSSI定位彌補TDOA定位覆蓋范圍小的缺點；另一方面將測距信息引入到非測距定位DVHop算法中，用RSSI測距模型來提高DVHop算法中定位節點與信標節點間有效距離的精度。實驗結果表明，該混合定位技術實現了TDOA，RSSI以及DVHOP等定位技術的融合，有效地提高了復雜大規模無線傳感器網絡的節點定位精度。

關鍵詞：無線傳感器網絡；混合定位技術；TDOA；基于測距定位；基于非測距定位

中圖分類號：TN91934；TP212文獻標識碼：A文章編號：1004373X（2012）18006004

引言

無線傳感器網絡在應用過程中還存在一些挑戰性課題有待研究，提高節點定位效果就是其中之一。目前各種單一的定位技術都有各自的優缺點和明確的適用范圍，不存在一種能滿足任何應用需求的完美的定位技術[12]。在許多實際應用中，定位系統各個區域對定位精度、實時性等指標的具體要求往往也不同，這時采用單一定位技術很難滿足整體應用需求。如在工業生產中，生產線上需要采用高精度高實時性的定位技術引導機械手臂或者其他執行機構完成特定的生產裝配任務，這時往往需要定位系統提供厘米級甚至更高的定位精度；在運輸環節，一些AGV（AutomatedGuidedVehicle）導航執行機構要求定位系統具備米級的定位精度和較高的定位效率；而在倉儲物流環節，物流管理系統只需要知道貨物存放的大致位置，此時定位系統提供大概的位置信息即可，誤差幾米左右都能滿足應用需求。在復雜的實際應用中，單一定位技術往往在性能指標和設計成本方面難以達到要求。

本文結合現有無線傳感器網絡定位的現狀[36]，提出了無線傳感器網絡混合定位思想，通過多種定位技術的融合，以混合定位的方式克服單一定位方法的不足，取長補短，達到更好的定位性能。相關的仿真和實驗表明，本文實現了TDOA、基于RSSI測距以及DVhop等定位技術的融合，有效地提高了復雜大規模無線傳感器網絡的定位精度，有利于推動定位技術的實用化。

1現有定位系統的狀況

在大規模復雜無線傳感器網絡中往往采用多種定位技術，由于不同定位技術在實現機制、適用范圍以及性能指標上的差異，容易形成“定位孤島”現象。如圖1所示，在大部分區域采用非測距[7]的定位技術，如DVHop，DVDistance等算法，通過計算跳數來確定節點位置，定位精度不高，但節省成本，功耗低；在一些局部區域，可能采用TDOA定位，定位精度高，但由于需要在節點上增加測距器件，所以功耗和成本都會上升，也主要在一些定位要求高的局部區域使用，這些區域形成高精度的“定位孤島”，孤島內部可以實現厘米級的定位；還有一些區域對定位精度也有較高要求，但由于考慮到成本和功耗等因素，采用RSSI測距的方式定位，這些區域形成精度稍低的二級“定位孤島”。這樣組合的方式雖然能實現整個網絡的節點定位，但網絡中大多數節點的定位精度還有待于提高。本文就是基于整個網絡定位狀況的前提下，利用定位精度較高的節點來提升定位精度較低的節點的定位精度，實現定位孤島的擴展和大范圍網絡定位精度的提高。