基于网络定位技术下的无线传感器研究

2015-03-23邱晏华

河南科技 2015年23期

邱晏华

（1.湖北工业大学，湖北武汉 430000；2.湖北第二师范学院艺术学院，湖北武汉 430000）

1 无线传感器的网络定位技术

就现阶段而言，无线传感器的网络定位技术主要包括两种，分别为集中定位技术与分布式定位技术。

1.1 对集中定位技术进行说明，此项技术的基本原理为，相关数据在传感器节点的携带下被传输至一个中心位置，并在此中心位置进行运算，从而决定每个节点的位置[1]。当前，应用最为广泛的无线传感器集中定位技术主要是Doherty等人提出的基于凸形最优化算法的位置估计技术，但由于该技术需要较高的通信费用，且具有较高延迟，从而导致其集中结算的结果难以适应移动环境。

1.2 对无线传感器的分布式定位技术进行分析，此技术并不要求对节点数据进行集中计算，对于单个节点而言，其只需依靠其与临近节点间形成的有限通信方能够决定自身位置。以位置估测机制为依据，无线传感器的分布式定位技术又可进一步分为距离相关与距离无关定位，即Range-based和Rangefree定位。对于距离相关定位，其以点到点的角度或是绝对距离为依据实现对位置的估计，通过借助通信源、时钟设备与通信设备的角度推导并辅之以相应的测距技术，从而实现传感器节点的位置定位。对于距离无关定位，其目标是在无需开展复杂定位计算和尽可能涉及较少的硬件设备的基础上为无线传感器节点提供高精度的位置估计，通常，其借助节点的邻近信息以及连通信息达到定位的目的。

2 网络定位技术下无线传感器的定位机制

2.1 Range-based定位机制

对无线传感器基于距离相关的定位技术和机制进行研究，距离相关定位技术主要包括TOA、TDOA以及AOA三种技术。

2.1.1 对TOA技术进行分析，其是以信号传播的时间为依据进行距离信息测算的传感器定位技术，虽然此种技术具有较高的定位精度，但对处理计时误差的能力却具有较高的要求，故此方法对于无线传感器的点对点，即Ad-hoc定位并不具备很好的适应性[2]。此外，由于基于此项技术的最基本系统为GPS，而GPS的高精度定位所需的时钟同步设备与电子设备也具有较高的费用，进一步束缚了其在无线传感器网络定位中的应用。

2.1.2 对TDOA技术进行分析，此项技术在当前无线传感器网络定位中的应用相对广泛，其基本原理为，通过对两类不同信号到达的时间差进行计算，在借助已知的信号传播速度基础上，将时间直接转换为距离。但需要说明的是，与TOA技术类似，该项技术也需要依靠大量且昂贵的硬件设备予以支持，故技术成本则成为限制器在无线传感器网络定位中应用的主要瓶颈。

2.1.3 对AOA技术进行分析。为进一步改进和完善TOA与TDOA定位技术，AOA，即“到达角度测距”技术营运而生，对此技术进行分析可知，其允许传感器节点对与其相邻节点所形成的相对角度进行估测，通过借助Antenna矩阵实现对信号到达时角度的测量，而后，结合估计的测距或是其他相关角度的测量方法最终获取传感器位置，但此种方法仍然需要较多的硬件设备维持Antenna矩阵，故而费用也相对较高。

2.2 Range-free定位机制

无线传感器距离无关网络定位技术主要包括了以下几种：

2.2.1 Gentroid质心定位，此方法提出一个包括具有较强功能sink节点的异构网络，并以sink节点为中心建立相关定位信息，在系统中，此类节点将beacons提供给其相邻的邻居节点，而邻居节点在接受beacons后，便会以一个较为简单的质心模型对自身位置进行估算，简单来说，就是测算其所接听的全部sink节点位置的质心，而所计算出的质心便是最终的估计位置。此方案的优势在于可操作性强且便于实现，但不足在于，其精度取决于sink节点布置的均匀程度，在点对点布置的无线传感器中的应用受到较大局限。

2.2.2 APIT区域定位，此种无线传感器的距离无关定位技术以一个新的机遇去也的方式执行传感器定位估测任务，其机制为，将环境进行分离，使其形成功能强大的sink节点（anchors）间的三角区域，而后，利用网格算法对目标节点中可能出现的最大区域予以测算。首先，目标节点从全部能够听得见的anchors节点中选取三个节点并进行连接，形成以三角区域，并判断其自身是否存在这一三角区域中。其次，APIT则开始对不同的anchros进行组合重复测试，直到对全部节点组合测试完成或达到测试要求的精确度为止。最后，对目标节点在内的三角区域交集的质心进行计算，完成对目标节点大致位置的估算。