無線傳感器網絡定位技術探討

四川職業技術學院 張 啟

無線傳感器網絡定位技術探討

四川職業技術學院 張 啟

隨著科學技術的不斷發展，無線傳感器技術被廣泛應用到人們生活中。無線傳感器網絡是由許多結構簡單、價格低廉的傳感器節點組成的，這些傳感器的節點以自組織方式自動連接成一個無線網絡，其作用是輔助地理遙控感知，同時負責采集和處理無線傳感器網絡所覆蓋的地理區域中被監測對象的全部信息，并將其及時傳遞給觀察者。本文主要深入研究無線傳感器網絡定位技術的相關內容。

無線傳感器；定位技術；網絡節點；定位算法

1.引言

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，簡稱WSN）是我國當前新興物聯網的定位技術，它是基于微機電系統、傳感器技術、分布式處理技術、無線通信技術和嵌入式技術的現代化技術，已被廣泛應用到環境監測、生物醫學、搶險救災、工農生產、軍事國防、城市管理領域中，并取得良好工作成效。在無線傳感器網絡中，目標追蹤、空間探測、環境監測等功能都離不開節點定位技術，近年來，我國技術人員對無線傳感器網絡節點定位技術的研究主要以網絡定位的能耗、覆蓋率、節點密度、準確度為主，下面將對無線傳感器網絡定位技術進行詳細分析。的距離，所以兩種方法都具有各自的優缺點。

2.我國無線傳感器網絡主要定位方法

目前，我國已研發出多種無線傳感器網絡定位方法，具體可根據定位數據的采集和處理方式來進行劃分。就定位數據的采集方法上分析，不同定位方法主要采集的數據各不相同，例如采集角度、時間、距離或周邊錨節點等信息，最終目的是為了得到相關的定位數據，并以該數據作為定位計算的基本依據。在信息處理方面，自身處理或上傳到處理器方式最終都是為了達到將數據轉換成坐標的目的，真正實現地理信息數據的準確定位。常見的無線傳感器網絡定位方法可劃分為以下幾類：

2.1測距算法與非測距算法

測距算法與非測距算法是根據定位數據能否由距離測量所得來劃分的，測距算法能夠直接測量定位數據的距離，非測距算法是通過網絡連通來進行定位分析的，由此可見，測距算法的測量定位精度會比非測距算法更為精準，但測距算法對定位節點測量需要較高的硬件要求，例如在大范圍、錨節點分布稀疏的無線傳感器網絡中，待測定位節點難以與足量的錨節點進行直接通信測距，當普通測距算法難以精準定位時，則要選擇采用非測距算法來估測錨節點

2.2單跳算法與多跳算法

根據各錨節點間的聯通程度和拓撲分類，可將定位方法分為單跳算法與多跳算法。單跳算法操作簡單，但只適用于小范圍測量；多跳算法較單跳算法應用廣泛，當在大范圍測量中出現較多錨節點難以直接通信的情況，則需要選擇多跳通信算法來解決。

2.3分布式算法與集中式算法

分布式算法與集中式算法的劃分依據是定位數據處理的實現方式，分布式算法的特點是傳感器節點在對周圍節點采集完信息后，才會在后臺執行數據的定位測算，該方式能有效減少網絡通信量，但節點的能量、計算能力和存儲功能十分有限，無法進行復雜的定位算法。集中式算法主要用于定位數據的監測與控制，所得數據能夠在數據中心進行匯總和分析，定位精度高且通信量大。

3.新型無線傳感器網絡定位技術分析

最近幾年，我國無線傳感器網絡除了會使用傳統的定位技術外，還積極研究新型的定位算法，下面將對各種新型無線傳感器網絡定位技術作全面分析：

3.1基于移動錨節點的定位算法

基于錨節點的定位算法能夠減小無線傳感器網絡中多跳算法在大范圍的遠距離定位傳輸中出現的定位測量誤差，同時可以大大減少錨節點數量，有效節約無線傳感器網絡的定位測量成本。例如已研發出的MBAL定位算法，當錨節點在移動時會實時更新坐標信息，并及時傳輸給觀察者定位的數據。要計算未知節點測量與移動式錨節點位置間距離時，需要獲得3個及其以上的位置數據，然后再利用三邊測量計算法去準確定位各節點的位置，從而轉變成已知數據的錨節點。

另外，當移動式錨節點在定位所有未知節點時需要移動的路徑越長，就需要消耗更多能量，因此，在應用移動式錨節點定位法時，應盡可能合理規劃移動路徑，有效減少能量損耗。

3.2三維定位算法

近年來，無線傳感器網絡的空間定位需求日益增加，三維定位算法應運而生。三維定位算法會將地理空間構建成球殼模型，然后通過取球殼交集點進行動態定位，接著再將定位問題具體為多元線性方程組來求解精確定位數據，由此可見，這是一種非距離的定位算法。事實上，三維定位算法能夠大大擴展無線傳感器網絡的應用范圍，但該方法還有待改進，例如：為獲得高精度的錨節點需要得到更精準的數據廣播周期和消息存儲周期；為有效減少定位測量時間，必須有效改善錨節點的選擇方式，建立科學合理的錨節點過濾機制等。

3.3智能化定位算法

在信息時代下，電子信息技術發展迅速，芯片計算能力也得到有效提升，傳感器網絡節點的自身性能也有所改善，可以運行復雜算法，智能化定位算法也被研發產生。

智能化定位算法是基于無線傳感器網絡三維定位方法建立起來的，它可以將錨節點固定在直升機上，然后利用GPS技術實時感知節點的位置，再結合RSSI測距方法和粒子濾波定位技術進行精確定位，因此，該種定位方法能有效省略對未知節點的預先檢驗工作，主要應用于戶外定位測量。盡管智能化定位算法被提出，但無線傳感器網絡本身就是一個低能耗的網絡，單個節點的計算能力并不高，因此，智能化定位算法尚未完善，并未廣泛應用于生產實際中的無線傳感器網絡定位系統，但隨著微處理器技術、低能耗技術和FPGA技術的完善和發展，智能化定位算法必將日益發展成熟。

4.結束語

總之，無線傳感器網絡定位技術已經廣泛應用于我國各個領域中，并獲得良好研究成果。然而，無線傳感器網絡定位技術還存在許多有待解決的問題，其中最突出的問題是如何在大范圍、長距離的節點定位測距過程中節約能耗，同時又要保持定位精準度。我相信，在我國眾多無線定位技術人員的積極研究下，無線傳感器網絡定位技術必將得到更長遠的發展，真正推動我國地理測繪行業朝著可持續方向蓬勃發展。

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