无线传感器网络定位技术探讨

四川职业技术学院 张 启

无线传感器网络定位技术探讨

四川职业技术学院 张 启

随着科学技术的不断发展，无线传感器技术被广泛应用到人们生活中。无线传感器网络是由许多结构简单、价格低廉的传感器节点组成的，这些传感器的节点以自组织方式自动连接成一个无线网络，其作用是辅助地理遥控感知，同时负责采集和处理无线传感器网络所覆盖的地理区域中被监测对象的全部信息，并将其及时传递给观察者。本文主要深入研究无线传感器网络定位技术的相关内容。

无线传感器；定位技术；网络节点；定位算法

1.引言

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是我国当前新兴物联网的定位技术，它是基于微机电系统、传感器技术、分布式处理技术、无线通信技术和嵌入式技术的现代化技术，已被广泛应用到环境监测、生物医学、抢险救灾、工农生产、军事国防、城市管理领域中，并取得良好工作成效。在无线传感器网络中，目标追踪、空间探测、环境监测等功能都离不开节点定位技术，近年来，我国技术人员对无线传感器网络节点定位技术的研究主要以网络定位的能耗、覆盖率、节点密度、准确度为主，下面将对无线传感器网络定位技术进行详细分析。的距离，所以两种方法都具有各自的优缺点。

2.我国无线传感器网络主要定位方法

目前，我国已研发出多种无线传感器网络定位方法，具体可根据定位数据的采集和处理方式来进行划分。就定位数据的采集方法上分析，不同定位方法主要采集的数据各不相同，例如采集角度、时间、距离或周边锚节点等信息，最终目的是为了得到相关的定位数据，并以该数据作为定位计算的基本依据。在信息处理方面，自身处理或上传到处理器方式最终都是为了达到将数据转换成坐标的目的，真正实现地理信息数据的准确定位。常见的无线传感器网络定位方法可划分为以下几类：

2.1测距算法与非测距算法

测距算法与非测距算法是根据定位数据能否由距离测量所得来划分的，测距算法能够直接测量定位数据的距离，非测距算法是通过网络连通来进行定位分析的，由此可见，测距算法的测量定位精度会比非测距算法更为精准，但测距算法对定位节点测量需要较高的硬件要求，例如在大范围、锚节点分布稀疏的无线传感器网络中，待测定位节点难以与足量的锚节点进行直接通信测距，当普通测距算法难以精准定位时，则要选择采用非测距算法来估测锚节点

2.2单跳算法与多跳算法

根据各锚节点间的联通程度和拓扑分类，可将定位方法分为单跳算法与多跳算法。单跳算法操作简单，但只适用于小范围测量；多跳算法较单跳算法应用广泛，当在大范围测量中出现较多锚节点难以直接通信的情况，则需要选择多跳通信算法来解决。

2.3分布式算法与集中式算法

分布式算法与集中式算法的划分依据是定位数据处理的实现方式，分布式算法的特点是传感器节点在对周围节点采集完信息后，才会在后台执行数据的定位测算，该方式能有效减少网络通信量，但节点的能量、计算能力和存储功能十分有限，无法进行复杂的定位算法。集中式算法主要用于定位数据的监测与控制，所得数据能够在数据中心进行汇总和分析，定位精度高且通信量大。

3.新型无线传感器网络定位技术分析

最近几年，我国无线传感器网络除了会使用传统的定位技术外，还积极研究新型的定位算法，下面将对各种新型无线传感器网络定位技术作全面分析：

3.1基于移动锚节点的定位算法

基于锚节点的定位算法能够减小无线传感器网络中多跳算法在大范围的远距离定位传输中出现的定位测量误差，同时可以大大减少锚节点数量，有效节约无线传感器网络的定位测量成本。例如已研发出的MBAL定位算法，当锚节点在移动时会实时更新坐标信息，并及时传输给观察者定位的数据。要计算未知节点测量与移动式锚节点位置间距离时，需要获得3个及其以上的位置数据，然后再利用三边测量计算法去准确定位各节点的位置，从而转变成已知数据的锚节点。

另外，当移动式锚节点在定位所有未知节点时需要移动的路径越长，就需要消耗更多能量，因此，在应用移动式锚节点定位法时，应尽可能合理规划移动路径，有效减少能量损耗。

3.2三维定位算法

近年来，无线传感器网络的空间定位需求日益增加，三维定位算法应运而生。三维定位算法会将地理空间构建成球壳模型，然后通过取球壳交集点进行动态定位，接着再将定位问题具体为多元线性方程组来求解精确定位数据，由此可见，这是一种非距离的定位算法。事实上，三维定位算法能够大大扩展无线传感器网络的应用范围，但该方法还有待改进，例如：为获得高精度的锚节点需要得到更精准的数据广播周期和消息存储周期；为有效减少定位测量时间，必须有效改善锚节点的选择方式，建立科学合理的锚节点过滤机制等。

3.3智能化定位算法

在信息时代下，电子信息技术发展迅速，芯片计算能力也得到有效提升，传感器网络节点的自身性能也有所改善，可以运行复杂算法，智能化定位算法也被研发产生。

智能化定位算法是基于无线传感器网络三维定位方法建立起来的，它可以将锚节点固定在直升机上，然后利用GPS技术实时感知节点的位置，再结合RSSI测距方法和粒子滤波定位技术进行精确定位，因此，该种定位方法能有效省略对未知节点的预先检验工作，主要应用于户外定位测量。尽管智能化定位算法被提出，但无线传感器网络本身就是一个低能耗的网络，单个节点的计算能力并不高，因此，智能化定位算法尚未完善，并未广泛应用于生产实际中的无线传感器网络定位系统，但随着微处理器技术、低能耗技术和FPGA技术的完善和发展，智能化定位算法必将日益发展成熟。

4.结束语

总之，无线传感器网络定位技术已经广泛应用于我国各个领域中，并获得良好研究成果。然而，无线传感器网络定位技术还存在许多有待解决的问题，其中最突出的问题是如何在大范围、长距离的节点定位测距过程中节约能耗，同时又要保持定位精准度。我相信，在我国众多无线定位技术人员的积极研究下，无线传感器网络定位技术必将得到更长远的发展，真正推动我国地理测绘行业朝着可持续方向蓬勃发展。

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