无线传感器定位技术的应用与改进研究

黄月

沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110168

社会的飞速发展为人们的生活带来了巨大的变化，人们为了更加高效地利用传感器的信息，对传感器的信息处理提出了更高的要求，不但要求其提供的位置信息准确性高，还要具有实时性。现代社会中，人们对无线传感器定位技术的需求也非常大，无论是民用、商用还是安防方面，都具有非常大的作用和价值。

1 无线传感器定位技术概述

无线传感器定位技术就是指在特定的网络中，利用特定的算法和技术，得知某些节点的位置坐标。其定位技术方法有很多，主要就是根据已知位置的节点来估算未知节点的位置。整个过程需要各个节点互相配合，计算位置，以帮助用户进行定位或监测。由于整个网络包括很多环节，所以出于技术或元件自身的原因都会给定位计算带来局限性[1]。如图1所示。

图1 无线传感器网络的结构

2 无线传感器定位技术的分类

2.1 集中式与分布式

按照硬件设备的计算能力不同，可以把无线传感器定位技术分为集中式与分布式两种定位技术。首先是集中式定位技术，其中在无限传感网络中，只有一个节点具有计算能力，其他的节点把自己得到的信息全部传递给这个具有计算能力的参考节点，参考节点把所有的信息进行计算和分析，进而得出每个节点的具体坐标。其次是分布式定位技术，在这样的无线传感器网络中，每一个节点的硬件配置都是一样的，在网络运行时，每一个节点都能够采集自己的信息并进行独立的计算，得到自己的位置坐标。两种方法相比，集中式更加具有规划性，反应也比较快，消耗的能量也比较小，得到的位置也比较精确，但是参考节点的消耗比较大。分布式则使系统的扩展更加方便，但是由于每一个节点都有计算功能，所以整个网络会相比集中式更加卡顿。

2.2 递增式和并发式

这种分类方式则是根据无线传感器网络中的计算未知节点位置的顺序来分类。递增式定位技术是根据已知位置节点来计算未知节点的位置，再把新计算出的节点当作参考节点继续计算另外的未知节点位置，这种方式是按照扩散的方式形成节点网络的。但是由于每一次计算都会产生误差，所以距离参考节点越远的节点得出的位置误差也就越大。并发式则是全部节点都按照参考节点进行定位，这样的定位技术误差小，但是对参考节点的部署就要提高要求了。

2.3 绝对定位和相对定位

这种分类方法是按照位置坐标的种类进行划分的。绝对定位技术是指对未知节点的绝对坐标，例如准确的经度和纬度坐标，GPS功能就是运用了绝对定位的计算方法。相对定位技术则是为未知节点提供参照的相对位置，如果运用的参考节点不同，则未知节点的相对坐标就会改变，这种计算方法会受到节点的移动而影响计算结果。

2.4 需要测量节点距离和无须测量节点距离

大致可以根据是否测量节点之间的距离划分为两类。第一类需要测量节点距离，是通过特定的设备，根据接收到节点信号的强度、时间以及角度来计算距离，进而通过计算得到未知节点的具体位置。另一种不需要测量节点之间的距离，是通过无线传感器中的网络节点的自成网络，利用各个节点之间的连通性来计算未知节点的位置。这种测量方法不需要附加的设备来测量节点之间的距离，所以这个系统的节点体积更小，也更加节能，但是缺点就是会有一定的误差。

3 对于无须测距的定位改进

无须测距的定位方法中，DV-HOP节点定位法是比较常见的一种方法，这种方法在最短路径算法到参考节点的过程中，充分利用参考节点的位置信息，进而计算出未知节点的位置。这种方法可以降低参考节点的密度，从而节约了布置网络的成本。但是针对这种算法出现的问题，可以做如下改进：

在第一阶段，参考节点会对自身位置信息进行分组，可以在这个分组中加上生存期字段n，这样就可以保证这个位置信息只在特定位置内广播，避免了传统的算法高分组冲突概率。

在第二阶段，在对每跳的平均距离进行计算时，参考节点j应当设置在n跳范围内跳数最少的第m个节点。这样就可以减少估算距离时的误差，同时改进后的计算方法也可以用于各向异性网络。

最后，未知节点估算自己的位置时，距离参考节点越近准确度就越高。因此，可以选取跳段距离最近的l个节点进行极大似然估计法计算，不但可以使位置信息计算更加准确，还节约了节点计算的成本。

4 结束语

无线传感器定位技术在人们的生活中发挥着越来越大的作用，只有充分运用好这项技术并不断改进和创新，才能让这项技术更好地服务于人。希望在未来，无线传感器定位技术能够更好地发展，为人们的生产生活提供更大的便利。