邱晏華

（1.湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430000；2.湖北第二師范學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430000）

1 無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

就現(xiàn)階段而言，無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)主要包括兩種，分別為集中定位技術(shù)與分布式定位技術(shù)。

1.1 對集中定位技術(shù)進(jìn)行說明，此項(xiàng)技術(shù)的基本原理為，相關(guān)數(shù)據(jù)在傳感器節(jié)點(diǎn)的攜帶下被傳輸至一個(gè)中心位置，并在此中心位置進(jìn)行運(yùn)算，從而決定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置[1]。當(dāng)前，應(yīng)用最為廣泛的無線傳感器集中定位技術(shù)主要是Doherty等人提出的基于凸形最優(yōu)化算法的位置估計(jì)技術(shù)，但由于該技術(shù)需要較高的通信費(fèi)用，且具有較高延遲，從而導(dǎo)致其集中結(jié)算的結(jié)果難以適應(yīng)移動環(huán)境。

1.2 對無線傳感器的分布式定位技術(shù)進(jìn)行分析，此技術(shù)并不要求對節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中計(jì)算，對于單個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，其只需依靠其與臨近節(jié)點(diǎn)間形成的有限通信方能夠決定自身位置。以位置估測機(jī)制為依據(jù)，無線傳感器的分布式定位技術(shù)又可進(jìn)一步分為距離相關(guān)與距離無關(guān)定位，即Range-based和Rangefree定位。對于距離相關(guān)定位，其以點(diǎn)到點(diǎn)的角度或是絕對距離為依據(jù)實(shí)現(xiàn)對位置的估計(jì)，通過借助通信源、時(shí)鐘設(shè)備與通信設(shè)備的角度推導(dǎo)并輔之以相應(yīng)的測距技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置定位。對于距離無關(guān)定位，其目標(biāo)是在無需開展復(fù)雜定位計(jì)算和盡可能涉及較少的硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上為無線傳感器節(jié)點(diǎn)提供高精度的位置估計(jì)，通常，其借助節(jié)點(diǎn)的鄰近信息以及連通信息達(dá)到定位的目的。

2 網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)下無線傳感器的定位機(jī)制

2.1 Range-based定位機(jī)制

對無線傳感器基于距離相關(guān)的定位技術(shù)和機(jī)制進(jìn)行研究，距離相關(guān)定位技術(shù)主要包括TOA、TDOA以及AOA三種技術(shù)。

2.1.1 對TOA技術(shù)進(jìn)行分析，其是以信號傳播的時(shí)間為依據(jù)進(jìn)行距離信息測算的傳感器定位技術(shù)，雖然此種技術(shù)具有較高的定位精度，但對處理計(jì)時(shí)誤差的能力卻具有較高的要求，故此方法對于無線傳感器的點(diǎn)對點(diǎn)，即Ad-hoc定位并不具備很好的適應(yīng)性[2]。此外，由于基于此項(xiàng)技術(shù)的最基本系統(tǒng)為GPS，而GPS的高精度定位所需的時(shí)鐘同步設(shè)備與電子設(shè)備也具有較高的費(fèi)用，進(jìn)一步束縛了其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中的應(yīng)用。

2.1.2 對TDOA技術(shù)進(jìn)行分析，此項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中的應(yīng)用相對廣泛，其基本原理為，通過對兩類不同信號到達(dá)的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，在借助已知的信號傳播速度基礎(chǔ)上，將時(shí)間直接轉(zhuǎn)換為距離。但需要說明的是，與TOA技術(shù)類似，該項(xiàng)技術(shù)也需要依靠大量且昂貴的硬件設(shè)備予以支持，故技術(shù)成本則成為限制器在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中應(yīng)用的主要瓶頸。

2.1.3 對AOA技術(shù)進(jìn)行分析。為進(jìn)一步改進(jìn)和完善TOA與TDOA定位技術(shù)，AOA，即“到達(dá)角度測距”技術(shù)營運(yùn)而生，對此技術(shù)進(jìn)行分析可知，其允許傳感器節(jié)點(diǎn)對與其相鄰節(jié)點(diǎn)所形成的相對角度進(jìn)行估測，通過借助Antenna矩陣實(shí)現(xiàn)對信號到達(dá)時(shí)角度的測量，而后，結(jié)合估計(jì)的測距或是其他相關(guān)角度的測量方法最終獲取傳感器位置，但此種方法仍然需要較多的硬件設(shè)備維持Antenna矩陣，故而費(fèi)用也相對較高。

2.2 Range-free定位機(jī)制

無線傳感器距離無關(guān)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)主要包括了以下幾種：

2.2.1 Gentroid質(zhì)心定位，此方法提出一個(gè)包括具有較強(qiáng)功能sink節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并以sink節(jié)點(diǎn)為中心建立相關(guān)定位信息，在系統(tǒng)中，此類節(jié)點(diǎn)將beacons提供給其相鄰的鄰居節(jié)點(diǎn)，而鄰居節(jié)點(diǎn)在接受beacons后，便會以一個(gè)較為簡單的質(zhì)心模型對自身位置進(jìn)行估算，簡單來說，就是測算其所接聽的全部sink節(jié)點(diǎn)位置的質(zhì)心，而所計(jì)算出的質(zhì)心便是最終的估計(jì)位置。此方案的優(yōu)勢在于可操作性強(qiáng)且便于實(shí)現(xiàn)，但不足在于，其精度取決于sink節(jié)點(diǎn)布置的均勻程度，在點(diǎn)對點(diǎn)布置的無線傳感器中的應(yīng)用受到較大局限。

2.2.2 APIT區(qū)域定位，此種無線傳感器的距離無關(guān)定位技術(shù)以一個(gè)新的機(jī)遇去也的方式執(zhí)行傳感器定位估測任務(wù)，其機(jī)制為，將環(huán)境進(jìn)行分離，使其形成功能強(qiáng)大的sink節(jié)點(diǎn)（anchors）間的三角區(qū)域，而后，利用網(wǎng)格算法對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中可能出現(xiàn)的最大區(qū)域予以測算。首先，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)從全部能夠聽得見的anchors節(jié)點(diǎn)中選取三個(gè)節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行連接，形成以三角區(qū)域，并判斷其自身是否存在這一三角區(qū)域中。其次，APIT則開始對不同的anchros進(jìn)行組合重復(fù)測試，直到對全部節(jié)點(diǎn)組合測試完成或達(dá)到測試要求的精確度為止。最后，對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的三角區(qū)域交集的質(zhì)心進(jìn)行計(jì)算，完成對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)大致位置的估算。

3 結(jié)語

研究結(jié)果表明，相較于距離相關(guān)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，距離無關(guān)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)對無線傳感器的定位效果和可操作性等更具優(yōu)勢，且受硬件設(shè)備成本的影響較小，但對于質(zhì)心定位方法而言，在應(yīng)用過程中仍然具有一定局限?？梢娢磥?，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的研究，從而為降低傳感器定位成本，提高其定位精度奠定良好基礎(chǔ)。

[1]王小平，羅軍，沈昌祥.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位理論和算法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2011，03（12）：353-363.

[2]蔡紹濱，高振國，潘海為等.帶有罰函數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)粒子群定位算法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2012，06（05）：1228-1234.