无线传感器网络中节点定位与通信技术研究

…………………………．皇　技术．一　ｌ　元线Ｔ幸憋菪＝旨翮络节点定位技术　陕西工业职业技术学院信息工程学院　吴杨孙蔚夏东盛封磊　【摘要】本文从算法性能、已有的定位算法、定位算法的分类和ＷＳＮ节点定位机制的评价标准等方面，针对无线传感器的网络定位技术进行详细的分析和探讨。并与经　典的ＡＰＩＴ算法、凸规划定位算法进行了比较。结论显示出在不同的环境之下不同的算法各有优劣，并不能指出最好的算法。实际操作中应该根据实际的需求来选择算　法，并对未来无限传感器网络节点定位技术的发展方向做出了预测。　【关键词】无线传感器；网络节点：定位技术　前言　无线传感器网络（ＷＳＮ）是基于微机电　系统、数字电子技术和无线通信的发展上所　形成的厄一种新型技术，其主要的核心内容　包括有网络通信协议、节点定位、时钟同步　覆盖和布局等等ｕ　。其中，对于无线传感器　网络空间探测、目标追踪和环境监测等功能　而言，节点定位是必不可少的技术内容，同　时也是无线传感器网络的基础功能之一。当　前，无线传感器网络节点定位技术的最新研　究方向主要集中在能耗、覆盖率、节点密　度、定位精度和定位系统的算法优势上，以　下将对其进行详细的描述。　１．定位机制　无线传感器网络节点的分布是随机性　的，相对能量受到限制且可靠性不足，在有　限的距离限制下，这就对于算法的技术提出　了较高的要求。一般而言定位的机制可以分　为以下几个程序：首先是采取ＡＯＡ、ＴＤＯＡ、　ＴＯＡ和ＲＳＳＩ等测量技术来获取邻居锚节点的角　度和距离，并通过信息的联通的估算节点间　的实际距离　。然后，通过算法的运算来得　出实际的距离值　一般可以采取的计算方式　有极大似然估计法、三角测量法和三边测量　法等等。最后，对所得的数据进行处理和优　化。　２．性能指标的评价　无线传感器网络节点的定位技术的性　能，对其他功能都有着直接性的影响。因此　在对其进行评价的方面，我们一般选取以　下指标来作为对象和标准。例如，代价、功　耗、自适应性和容错性、覆盖率、锚节点密　度和定位精度等　。都是常用来衡量和评价　无线传感器网络节点定位技术性能的指标。　３．无线传感器网络定位算法的种类　无线传感器网络定位算法的种类多种多　样，一般都没有固定的标准，往往根据实际　的情况来进行分类和区分。　３．１测距定位和非测距定位　第一种采取的是测量两个节点之间的方　位和距离，根据做的的具体数据来推测两个　节点之间的大概位置。而第二种方式则无需　测量精确的距离，还需要通过测量相对的距　离或者位置就可以推算出两个节点之间的大　概距离，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搅测距　ＡＯＡ、时间差测距ＴＤＯＡ、到达时间测距ＴＯＡ￣Ｈ　接受信号强度测距ＲｓｓＩ等　ｊ。　３．２相对定位和绝对定位　和物理定位基本类似，是绝对定位的特　点。定位的结果通常都可以得到一个精确的　位置坐标。与之相对应的相对定位方式，则　是利用网络中己知的定位节点形成的整体网　络作为基础，以绝对定位的节点坐标为对照　来定位其余的节点。这种定位方式的优点是　不太容易受到节点移动的影响，在应用的范　围上具有广阔性。并且在相对定位的基础上　还可以实现一定程度上的路由协议。这种路　由协议是不需要锚节点的。　３．３分布式计算和集中式计算　所谓的分布式计算是指根据节点和节．点　之间的协调和信息交换，任由节点自由进行　计算的一种计算形式；而集中式计算则是指　将所需要运算的信息通过节点传输到中心节　点之后再进行定位计算，最后得到结果的一　种计算方式。　３．４松散耦合和紧密耦合　松散耦合的定义是指定位系统中的各个　锚节点采取的是不需要中心控制器的协调形　式和分布状态。而紧密耦合是指各个节点通　过固定的形式与中心控制器相连接，并且固　定在一定的物理位置上。　３．５粗粒度和细粒度　细粒度是指可以依据时间的长短和信息　信号的强弱来判断锚节点之间的位置。并且　还可以分为基于方向测量和距离两种不同的　测量形式。而粗粒度是指依据锚节点之间的　接近程度来进行节点距离的估算和测量。　４．经典无线网络传感器定位系统算法　怎对无线传感器网络节点定位的经典　算法有很多种，其中在各种不同的使用环境　下，不同的算法具有不同的优点和是适应　性，很难说哪一种是最好的，并且由于节点　的数量上的限制，计算能力和存储能力的局　限性，因此对于算法的要求是尽量的高效简　单的。经典的Ｒａｎｇｅ—ｂａｓｅｄ定位算法从精确度　上而言非常不错，但是由于大部分的系统成　本较低，功率较低，因此很难运用这种能耗　大，复杂性高的系统。　４．１　ＡＰＩＴ算法　该算法的核心思想是将需要定位的节　点周边的节点位置信息收集到位，主要是形　成三个已知锚节点形成的三角区域内，位置　节点是否存在其中，并且运算出所有的可能　性，最后对未知的节点进行精确的定位。这　种算法的优点是具有较小的误差概率，但是　也会有一定的使用缺点那就是对于参考节点　的密度较大，所以如果节点的密度较低的情　况下，不适宜选取这种算法。　４．２凸规划定位算法　这种算法的基础是来源于网络的连通性　来实现的，通过约束诱导节点之间两点的通　信连接来作为节点定位的几何约束的基础。　这种算法的优势在于将整个网络模块化并且　形成了一个凸集，从而将节点定位的问题转　换成为了凸约束优化的问题来解决。　５．小结　文章中，针对经典的无线传感器网络节　点技术的算法进行了简答的比较和分析，并　对定位的算法分类、评价的标准和性能评估　都做了一定阐述，比较了算法之间的优势。　总而言之，在不同的测试环境下，不同的算　法具有不同的功效，没有说哪一种算法是最　好的，因此具体采取哪种算法应该根据实际　的运用需求来进行实际分析。　参考文献　［１】王梓有，周宪英．无线传感嚣网络中ＡｏＡ节点定位改　进算法研究田电子设计工程．２０１２（１３）．　ｆ２１刘世森，汤朝明，吴畏．无线传感嚣网络中的ＴＯＡ测距　方法研究Ⅱ】ｌ工矿自动化．２ｏ１２（０３）．　［３］刘影，钱志鸿，王雪，李奕男．基于到达时间差的无线传感　器网络质心定位算法Ⅱ】．吉林大学学报（工学版）．２０１０（０１）．　【４］孙妍，陶正苏，陈德富．基于无线传感器网络的室内精　确定位算法Ｕ】．传感器与微系统．２ｏ０９（０５）．　注：基金编号：ｚｋｌ３－３７。　

河北北方学院毕业论文

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目录

摘要 ................................................................................................................................................. 3

Abstract ........................................................................................................................................... 4

第1章 绪论 ............................................................................................................................... 5

1.1选题的背景和意义 .................................................................................................................. 5

1.2无线传感器网络定位问题 ....................................................................................................... 6

1.2.1无线传感器网络的发展 .................................................................................................. 6

科学之友　Ｆｒｉｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｍａｔｅｕｒｓ　２０１３年０４月　

无线传感器网络定位技术的研究　

可红　

（武汉大学信息管理学院，湖北武汉４３００００）　

摘要：无线传感器网络是最早由美国提出，主要用于军事技术方面，后由于它的应用　范围的广泛，无线传感器的节点定位技术是传感器网络应用中最关键的技术之一。不知　道传感器节点的具体位置，一切测得的参数都是没有意义的。因此本文把传感器节点的　定位技术作为研究方向。本通过仿真分析，显示改进后的ＩＲ０ＣＲＳＳＩＧＣ算法比Ｒ０ｃＲＳＳＩ　算法有更高的定位精度和更广的定位覆盖率。　关键词：无线传感器网络；节点自定位算法；ＲＯＣＲＳＳＩ；ＧｒａｄｅｄＣｉｒｃｌｅ；ＩＲＯＣＲＳＳＩＧＣ　中图分类号：ＴＮ９１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—８１３６（２０１３）（）８～０１４２—０３　

１　研究背景与意义　

无线传感器网络（ＷＳＮ，Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）是当前　在　际上备受关注的、涉及多学科的、高度交叉、知识高度集　成的研究热点领域。在无线传感器网络中，位置信息对ＷＳＮ　的监测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置　是传感器节点监测消息中所必须包含的重要信息，其他信息如、　压力、温度等，这些数据必须和位置信息相捆绑才有意义。　

２无线传感器网络概述　

无线传感器网络的节点的位置不需要预先设置，这样能提　高动态随机部署于不可达或危险地域的可行性。这种无线传感　器网络综合了传感器技术、通信技术、分布式信息处理技术和　嵌入式计算技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布　区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，　传送给需要这些信息的用户。　大量传感器节点（数量从几百到几千个）被飞行器等设备　撒向一定的区域，节点以白组织的方式快速形成一个无线网络。　

节点既是信息的采集和发出者，也充当信息的路由者，采集的　数据通过无线方式传送到数据处理中心或基地站。这是无线传　感器网络典型Ｔ作方式。传感器、感知对象和观察者构成了　ＷＳＮ的三个要素。　

科　科　技｛论ｆ坛　

无线传感器网络的节点定位　

程方胡境王鹏　

（重庆邮电大学通信学院，重庆４０００６５）　

摘要：该论文首先对无线传感器网络特点进行了简要的描述，其中对其网络结构进行了简单分析。该论文重点是对无线传感器网络节点定位　

进行了分析研究，综合叙述了几种有代表性的ＷＳＮ定位技术。　

关键词：定位；无线传感网络；节点；算法　

ｌ概述　无线传感器网络是由部署在监测区域内的　

大量廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信　

的方式实现各个　点问的通信。其目的就是为了　

采集用户所需信息，实时掌控该区域的物理状况。　无线传感器网络属于自组织网络的其中一种，　

ＷＳＮ具有以下特点　：无中心和自组织性；动态变　

化的网络拓扑；受限的无线传输带宽；移动终端的　能力有限；多跳路由；安全　能比较差；超大规模；　

无人值守；动态性强。针对ＷＳＮ的以上特点，我们　

在研究ＷＳＮ网络定位的时候必须充分考虑ＷＳＮ　

的硬件和软件两方面的综合因素。　

２　ＷＳＮ网络中的　点定位　

由于传感器网络的节点的布置不确定性和　以数据为中心的任务睦，使得ＷＳＮ节点的定位成　

为了传感器网络中成网重要环节。用ＧＰＳ来对传　

感器节点进行定位在实际运用中存在定位成本、　

节点复杂度和节点隐蔽眭等问题。而依靠传感器　节点自身进行定位已经是一个趋势，传感器网络　

的自身定位可以分为基于测距定位和非测距定　

位。不管是何种定位过程，都需要一定的已知节点　

对未知　氐世行定位，而已知廿　称为锚节　。　２；１非测距定　

虽然基于测距的定位机制能够实现精确的　

定位，但是往往对无线传感器网节点的硬件要求　

高。非测距定位机制降低了对节点硬件的要求，但　定位的误差也相应有所增加。目前的非测距定位　

机制主要分为两类：对未知节点和信标节点之间　

的距离进行估计，然后利用三边测量法或极大似　

然估计法进行定位；通过邻居节点和信标节点确　定包含未知节点的区域，然后把这个区域的质心　

作为未知节点的坐标。距离无关的算法主要有质