无线传感器网络定位问题研究

摘要：无线传感器网络的定位问题是组网的重要问题，是大多数应用的基础。首先介绍了节点定位的相关概念和定位方法，对当前的定位算法进行了分类，接着介绍了几种典型的节点定位算法并做了比较分析，最后指出定位算法的应用技巧。

关键词：无线传感器网络；定位算法；节点定位

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0030-04

Research on Localization Problem in Wireless Sensor Network

SHUI Gang

(71282 PLA Troops，Luoyang 471000,China)

Abstract: In wireless sensor network, Sensor positioning is a crucial issue for operation and management, which is extremly crucial for most of the applications. Firstly，the concepts and methods of node positioning in WSN were introduced.At the same time,the taxonomy for WSN node localization algorithms was mentioned.Secondly,some popular algorithms were introduced.Then,the paper offerd the analy? sis and comparison of popular algorithms.At last,the using method of localization algorithms was put forward.

Key words: wireless sensor network(WSN);localization algorithms; node localization

无线传感器网络(WSN , Wireless Sensor Network)是由部署在监测区域内大量微型传感器节点相互协作构成的一个多跳自组织网络,其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息,如温度、湿度、压力、移动物体的速度等,并发送给观察者[1]。在医疗护理、军事国防、工业控制、智能农业、城市交通、环境监测、智能家居等领域都有重要科研价值和广阔应用前景。WSN中节点的地理位置信息是其应用的基础，用于确定信息来源的准确位置，此外，利用节点位置信息可以设计路由算法以提高路由效率等。因此，节点定位问题已成为WSN的一个重要研究方向。

2传感器网络定位算法分类

2.1无参考节点算法和有参考节点算法

无参考节点算法无预先位置信息，根据局部距离值来定位。已公开的算法有AFL算法和ABC算法；有参考节点算法依赖于一些位置已知的节点，需要先定位参考节点，为减小定位误差，参考节点数目还要尽量多。目前除AFL和ABC两种无参考节点算法外，其余均属有参考节点算法，如Terrain算法、Hop Terrain算法、GPS-Free算法[2]等。

2.2集中式算法、增量式算法和分布式算法

集中式计算是指把所需信息传送到某一中心节点，并在那里进行节点定位计算的方式，典型的集中式算法有凸规划、MDS－MAP算法[7]、质心定位算法、APIT算法等；增量式算法从3个或4个已知坐标的中心节点开始，寻找合适的新节点，通过测距来迭代求解，再把这些新节点加入中心节点组，逐步得到所有节点的坐标，ABC算法、协作式多边测量法和AOA算法属此类算法[3]；分布式计算依赖节点间的信息交换和协调，让节点自行计算，除集中式和增量式算法外的其它算法均属分布式定位算法，比较典型的有Bounding Box、DV－Hop、Robust Position等。

2.5紧密耦合与松散耦合[4]

紧密耦合定位系统是将参考节点仔细地部署在固定的位置，并且通过有线介质连接中心控制器。典型的紧密耦合定位系统有AT&T的Active Bat系统和Active Badge、Hiball Tracker等。其特点是适用于室内环境，有较高的精确性和实时性，时间同步和参考节点间的协调问题容易解决，但系统的可扩展性受到了限制，代价较大，无法应用于布线工作不可行的室外环境。

松散型定位系统的节点采用无中心控制器的分布式无线协调方式，近年来提出的许多定位系统和算法，如Cricket和AHLos等都属于松散耦合型解决方案。其特点是牺牲紧密耦合系统的精确性而获得部署的灵活性，依赖节点间的协调和信息交换实现定位。

4几种典型算法的比较分析

DV-Hop算法需要较少的参考节点，通信和计算开销适中，不要求节点具备测距能力，是一个可扩展的算法。对于各向同性的密集网络，可得到合理的平均每跳距离，从而能够达到适当的定位精度；但对于网络拓扑不规则的网络，定位精度迅速下降。Bounding Box算法是分布式的，也是可扩展的，每个节点的计算复杂度与网络的规模无关，算法需要较高的参考节点密度，否则定位精度和覆盖度将会很低，适于节点计算能力非常有限的情况。Robust Position算法可达到较好的精度，节点主要和其一跳邻居节点通信，因而在网络连通度较高的情况下可较好地容忍距离误差，该算法还可扩展。但由于迭代的过程，算法是强计算的，如果初始位置估计非常不准确或误差是相关的，算法可能达不到精确的估计。由于依赖于网络拓扑，该算法可能需要很长的覆盖时间。Eu? clidean算法与DV-Hop算法不同，依赖于局部几何拓扑，适用于网络拓扑不规则的网络，由于数据包只传送两跳，该算法通信开销较小，此外，算法还具有适当的计算开销和定位精度，但算法的覆盖度受参考节点密度和局部几何拓扑的影响较大。APIT算法的定位精确度高，性能稳定，但APIT测试对网络的连通性提出了较高的要求。另外，虽然节点密度对APIT算法影响最小，并且APIT通信量也较小，但它所需参考节点密度最大。

5结束语

近年来WSN定位方法研究取得了丰硕的成果，提出了许多算法和解决办法。但是，通过算法比较分析，在特定条件下，一些算法在某些性能指标上可能优于其他算法，而在其他方面则可能处于劣势，实际应用中需根据对结果精确度和能量消耗等方面进行综合考虑，以选择合适的定位方法。

参考文献：

[1] Akyildiz I,Su W,Sanakarasubramaniam Y. Wireless Sensor Network :A Survey[J].Computer Networks ,2002 ,38 (4) :393 - 422.

[2]李善仓,傅鹏,张德运.无线传感器网络中的分布式节点定位方法[J].西安交通大学学报,2007(12):418-422.

[3]方红雨,崔逊学,刘綦.无线传感器网络的定位问题综述[J].电脑与信息技术,2005(12):4-5.

[4]熊小华,何通能,徐中胜,王槊华,王晓枫.无线传感器网络节点定位算法的研究综述[J].机电工程,2009(2):15.

[5]曹小红,李颖,丰皇.无线传感器网络节点定位技术综述[J].信息技术,2009(7):235.

[6]陈淦.无线传感器网络定位技术研究[J].软件导报,2009(12):131-132.

[7] Yi Shang , Wheeler Rmnl , Ying Zhang. Localizationfrom mere connectivity[M].Annapolis ,MaryLand ,USA.