无线传感器网络定位技术

吕占伟　陶峥

摘要：无线传感器网络是一种典型的无线网络。它由一系列被称为传感器节点的微小装置构成。无线传感器网络是快速发展的领域之一。它的主要应用包括远程环境监测、目标跟踪等等。在2D定位追踪方面提出的各种算法有很好的准确性，但实际应用中，我们要求准确的三维估计以及更精确的定位性。二维的算法可以应用在平坦的区域，但也需要在艰苦的环境中定位，因此需要提出一种三维算法，可以提供更好的精确性，减少估计误差。本文的目标就是提出这种节点的定位技术。

关键词：定位技术；无线传感网络；集中式；基于距离；分布式；锚节点

中图分类号：TP212.6 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.018

0.引言

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。节点可以感知或者监视环境变化，并且通过基站将收集到的数据发送给用户。它的应用包括军事战场监视，栖息地的监测，环境监测，医疗应用，目标跟踪等等。节点在向邻居节点发送数据之前必须知道自己的位置。由于节点非常多，不可能让基站来查询节点位置，这样，为了向用户提供精确的位置，节点在发送信息的时候要同时发送自己的位置信息。也就意味着节点必须可以定位本身。

节点间的协作是非常必要的，这样定位可以由节点本身来完成，不需要任何人为干预。在无线传感器网络中，通常这样的协作出现在特定区域的节点之间。在大多数的定位算法，通常情况下，信标和锚节点相互协作，通过考虑有限的能源资源，节点数量和密度，以及障碍的存在等方面信息来计算节点位置信息。

在无线传感器网络（WSN）的位置识别或定位是指通过确定每个节点的地理坐标建立一个无线传感器网络的地图。定位可以手动或使用GPS来完成。手动定位是通过计算和人工交互来完成，而GPS定位则是依靠卫星的帮助。但全球定位系统有也局限性，就是在茂密的森林，山脉或其他GPS卫星挡住视线的障碍物时便无法实施。使用参考节点，就像邻居节点和锚节点（在GPS的帮助下已经知道他们的位置）来定位。定位算法大多是基于2-维平面的，即x和v平面，其中x和v的坐标是在海拔高度是固定的发前提下与表面的实际位置相同。二维定位系统相对而言不复杂，需要的精力和时间也不多，平坦区域时有很好的精确性，但是难以估算恶劣的地形。当节点的数目很多并且锚节点都存在时，它可以提供精确的距离。三维平面就是增加了一个z平面，它可以计算高度来给出更有效的位置信息。即使在恶劣的区域和丘陵地形也可以提供良好的精度。但是因为位置信息由三个平面构成，当这些估计的位置信息映射到现实世界中时，误差可以存在。采用3D定位系统，这个问题就会完全消除。

1.文献调研

无线传感器网络（WSN）由大量部署在物理环境中的小型设备构成。每个节点都具有特殊的功能，例如与邻居节点进行无线通信，感知，数据存储和处理。在二维平面上确定节点的位置信息需要3个锚节点，而三维则需要四个锚节点。节点的种类如下：

锚节点：无线传感器网络中的节点是可通过某种手段自主获取自身位置的节点，被称为锚或信标节点。

基站：是一种特殊的锚节点。把无线传感器网络信息路由到PC。PC把获得的信息提供给其余的AMI设备。