无线传感器节点定位技术

摘 要：信息技术理论的不断成熟带来了无线传感技术的发展，无线传感技术已经成为环境监测、军事侦查、交通定位等领域必不可少的一项技术。大量传感器节点通过自组织方式形成的传感器网络能够检测、识别、处理信号收集地理范围中的各种信号，同时将其传输给信号接收方。本文研究了无线传感网络中的定位技术，展望了其今后的发展。

关键词：节点定位；无线传感；自组织

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.116

21世纪对人类生产和生活产生深远影响的技术之一就是无线传感技术，无线传感定位已经用于险情的定位、环境监测的定位、生物医疗的定位、军事国防的定位中。越来越多的专家都开始研究无线传感定位技术，提出了多种定位理论，其中节点定位是无线传感定位技术中研究最为成熟的一种技术。

1 节点定位技术特点

1.1 集成度高、成本低廉、性价比高

节点定位技术由于使用了新的、低能耗的微电子器件，能够做到高度集成，处理器、执行器以及传感器能够集中于统一的器件中，体积更小，制造价格更低，能耗更少，价格优势更为突出。

1.2 定位节点密集分布

要想实现无线传感技术的定位功能，需要将大量传感器节点放置于被检测物体的周围。被检测物体周围放置的传感器节点越多，获得的被检测物体的信息就越详细，对被检测物体的认识也就越准确，检测精度也就越高。

1.3 自组织结构

节点定位技术组织结形式为自组织，之所以选择这种组织结构形式，主要是因为以下三种原因：

（1）定位环境复杂多变，传感器非常容易出现失效，为了解决传感器失效的情况，提高传感器检测精度，通常在节点监测网络中设置较多的检测节点。（2）节点定位技术中使用的传感器数量多，每个传感器位置并不固定，传感器相对位置随机，在布置之前获得传感器具置是不可能的。（3）节点定位技术在定位过程使用的定位网络是非固定的。

因为上述原因，节点定位技术采用的组织形式为自组织式，能够根据检测环境和检测物体的需要随时对节点位置进行调整，确保定位的准确性。

2 节点定位技术算法分类

2.1 分类依据为是否有参考节点

如果节点定位技术中存在已知位置的节点，就应该使用有参考节点的算法，例如GPS-Free和Terrain算法等，这些算法首先进行参考节点定位，但其对参考节点的数量有所要求。如果节点定位技术中节点的位置都未知，那么就应该使用无参考节点的算法，例如ABC和AFL算法等，利用节点之间的距离进行定位。

2.2 分类依据为节点的耦合程度

如果节点之间存在非常密切的耦合作用，应该使用紧密耦合节点定位算法，例如HT算法、AB算法以及AT&T算法，这种算法的特点就是参考节点和控制器之间用有线介质进行连接，参考节点固定于特殊的位置，能够有效解决节点之间时间和空间同步性的问题，实现实时定位，定位准确性高，特别适合于室内定位，但算法可扩展性差，在布线较差的环境中定位效果极差。如果节点之间耦合作用较为松散，则需要使用松散耦合定位算法。

2.3 分类依据为节点的集中程度

如果节点分布比较集中，使用的定位算法应该为集中式定位算法，例如APIT以及凸规划算法。如果节点分布比较松散，使用的定位算法应该为分布式节点定位算法，例如DV-Hop算法。增量式节点定位算法的特点为已知三个或者是四个中心节点的位置，根据新节点和已知中心节点的距离进行其他节点位置的计算。

3 算法对比

本节将对APIT算法、Euclidean算法、RobustPosition算法、BoundingBox算法以及DV-Hop算法进行总结对比：（1）APIT算法的优点为性能稳定，定位准确，对节点密度要求不高；缺点为通信量不足，要求良好的网络连通性；（2）Euclidean算法适用的定位网络为具有不规则拓扑结构的网络，对网络外部拓扑结构依赖度较高，一次只能传输两跳数据包，通信量少，网络结构和节点密度影响算法的精确度。（3）RobustPosition算法具有良好的扩展性，如果网络连通性较好，那么距离误差对算法的精确度影响非常低，算法定位精确度较高，但对被测网络的覆盖时间较长，算法对初始位置依赖度较高，一旦初始位置定位错误，整个算法将会失效。（4）BoundingBox算法主要用于节点定位能力有限网络的检测中，对节点密度有着较高的要求，如果节点密度小，则算法的精度和定位准确性将会变得非常差。但该算法具有良好的可扩展能力，被测网络规模并不影响算法复杂度。（5）DV-Hop算法主要用于具有规则拓扑结构网络的定位中，对参考节点数量没有较高的要求，能够计算密集网络每一跳的均值，计算量和通信量适中，定位较为准确。

4 节点定位技术今后发展的方向

（1）硬件设施 。今后节点定位技术硬件设施将朝向体积更小、成本更低、功能更强的方向发展，新能源将成为各种硬件设施工作的动力。

（2）网络管理 。今后节点定位技术网络管理将具有良好的安全性能，将采取多种防干扰技术和信息传递认证技术，确保无线传感定位技术的信息安全；此外，今后节点定位技术将具有更少的能耗，以更少的能耗获得更好的系统工作性能。

（3）通信协议。今后节点定位技术数据链路层协议将会掺杂Mesb、网络拓扑等多种结构，将会有更高的数据传输速度和更好的数据传输质量。今后节点定位技术不论是物理层通信协议的调制方式，还是物理层通信协议的频段选择，或者是物理层通信协议的传输媒体和之前相比都有很大的改善，数据恢复能力和传输能力都有较大的改观。

5 结束语

在当今国家国防建设领域、居民生活领域、环境检测领域以及工农发展领域都离不开无线传感定位技术，其改变了现代人类生活方式，对世界的发展产生了非常大的影响，对节点定位技术的研究是十分迫切并且十分必要的。

参考文献：

[1]吕占伟，陶峥.无线传感器网络定位技术[J].软件，2015（04）.

[2]马淑丽，赵建平.无线传感器网络中DV-Hop定位算法的改进[J].通信技术，2015（07）.

作者简介：金亮，男，满族，辽宁锦州人，研究生，讲师，研究方向：自动化。