無線傳感器網絡節點定位技術綜述

李太云

（寧夏大學物理與電子電氣工程學院 寧夏銀川 750021）

無線傳感器網絡節點定位技術綜述

李太云

（寧夏大學物理與電子電氣工程學院 寧夏銀川 750021）

本文首先介紹了無線傳感器網絡（WSN）的發展、應用和技術指標。從基于測距的定位技術和無需測距的定位技術兩方面對無線傳感器網絡定位技術做了綜述，并進行了算法優缺點分析。另外，對基于移動錨節點的定位算法和三維定位算法新型定位算法進行了概述。

無線傳感器網絡；定位技術；節點；定位精度

1 引言

近年來，隨著傳感器技術、近距離通信技術、微機電系統、計算機網絡技術和低功耗技術的越來越成熟，具有大規模、無線、自組織和多跳等特點的無線傳感器網絡得到了快速發展；融合了傳感器技術、微電子技術、無線通信技術、分布式處理技術等。簡單來說定位就是確定目標位置。其中，絕大多數的定位系統需要設置參考點，進而利用該參考點確定目標和參考點的相對位置信息，通過坐標轉換獲得目標在系統中的位置信息。例如導航、目標跟蹤和信息推送等。衡量定位性能的有定位精度、節點密度、刷新速度、功耗、容錯性和適應性。

2 基于測距的定位技術

WSN定位技術分為基于測距的定位技術和無需測距的定位技術。定位技術中通常把位置信息不確定的節點稱為盲節點，能夠提供絕對位置信息的節點稱為錨節點。基于測距的定位技術常用的測距技術有TOA、TDOA、AOA、和RSSI，定位算法有三邊測量、三角測量和極大似然估計法。

3 無需測距的定位技術

3.1 Centroid定位算法

Centroid定位算法是一種基于節點連通性且與距離無關的室外定位算法。基本原理是：位置節點將對在自己通訊范圍內的錨節點進行查詢，然后以這些錨節點為頂點構成多邊形的質心，即多邊形的幾何中心，最后根據質心估計自己位置。質點法的優點是原理簡單，計算量小。

3.2 APIT定位算法

APIT定位算法是T.He等人在文獻[1]中提出了APIT定位算法。基本思想為：未知節點對鄰近錨節點信息進行監聽，從監聽到的節點中任意選取三個構成一個三角形，計算三角形重疊區域和質心位置。APIT定位算法具有原理簡單、精度高的優點，但是需要足夠多的參考節點。

3.3 Amorphous定位算法

R.Nagpal等人在文獻[2]提出了Amorphous定位算法。Amorphous定位算法是基于路由矢量協議，節點梯度值的局部平均值Si為：

式中，hi是節點 i的梯度值，即跳數；neighbors（i）是節點 i所有鄰居節點。

Amorphous算法中假設網絡平均連通度conn是已知，則網絡平均每跳距離為：

式中，表示節點的通信半徑。則未知節點i到某個錨節點的距離為Si×Size。

4 WSN新型定位算法介紹

4.1 基于移動錨節點定位算法

基于移動錨節點定位算法能夠降低由多跳帶來的距離誤差。中國科學院電磁空間信息重點實驗室的毛萬東等人在文獻[3]中提出了一種用于移動無線傳感器網絡的新型節點定位算法，該算法利用利用差分演化對樣本進行優化，讓樣本主動向節點真實位置靠近，而不是被動的被濾除。

4.2 三維定位算法

目前，三維定位算法主要分為分布式和集中式。鄒斌等人在文獻[4]中提出了一種移動節點的三維定位算法，算法利用外接正方體來表示節點的通信范圍和移動范圍，根據未知節點每時隙最大移動范圍和錨節點通信范圍形成采樣區域，依據錨箱的體積確定采樣數量，隨機采集的樣點取均值作為未知節點的估計位置。鄒杰在文獻[5]中提出了高精度WSN三維定位算法，該算法前期基于TDOA測距技術，后期基于矩陣迭代優化算法對待定位節點進行定位。

5 結論

本文對無線傳感器網絡節點定位技術的技術指標做了介紹，對基于測距的定位技術和無需測距的定位技術進行了分析；對WSN新型定位算法：基于移動錨節點的定位算法和三維定位算法做了闡述。

[1]T.He，C.Huang，B.M.Blum，J.A.Stankovic，and T.Abdelzaher.Range-free Localization Schemes for Large Scale Sensor Networks.International Conference on Mobile Computingand NETWORKING（pp.81--95）.ACM，2003.

[2]R.Nagpal，H.E.Shrobe，J.Bachrach.Organizing a Global Coordinate System from Local Information on an Ad Hoc Sensor Network[C]//Information Processing in Sensor Networks，Second International Workshop，IPSN 2003，Palo Alto，CA，USA，April22～23，2003.

[3]毛萬東，岳文振，俞能海.一種用于移動無線傳感器網絡的新型節點定位算法[J].數據通信，2014（2）：15～19.

[5]鄒斌.無線傳感器網絡移動節點三維定位算法研究[D].中南大學，2014.

[6]鄒杰，李珊君.高精度無線傳感器網絡三維定位算法[J].計算機工程，2011，37（10）：99～101.

TN929.5

A

1004-7344（2016）25-0273-01

2016-8-2

李太云，男，漢族，甘肅武威人，碩士研究生在讀，研究方向為智能儀器與檢測技術。