呂占偉　陶崢

摘要：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。它由一系列被稱(chēng)為傳感器節(jié)點(diǎn)的微小裝置構(gòu)成。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是快速發(fā)展的領(lǐng)域之一。它的主要應(yīng)用包括遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)、目標(biāo)跟蹤等等。在2D定位追蹤方面提出的各種算法有很好的準(zhǔn)確性，但實(shí)際應(yīng)用中，我們要求準(zhǔn)確的三維估計(jì)以及更精確的定位性。二維的算法可以應(yīng)用在平坦的區(qū)域，但也需要在艱苦的環(huán)境中定位，因此需要提出一種三維算法，可以提供更好的精確性，減少估計(jì)誤差。本文的目標(biāo)就是提出這種節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)。

關(guān)鍵詞：定位技術(shù)；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；集中式；基于距離；分布式；錨節(jié)點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.018

0.引言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)可以感知或者監(jiān)視環(huán)境變化，并且通過(guò)基站將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。它的應(yīng)用包括軍事戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視，棲息地的監(jiān)測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，醫(yī)療應(yīng)用，目標(biāo)跟蹤等等。節(jié)點(diǎn)在向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須知道自己的位置。由于節(jié)點(diǎn)非常多，不可能讓基站來(lái)查詢節(jié)點(diǎn)位置，這樣，為了向用戶提供精確的位置，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息的時(shí)候要同時(shí)發(fā)送自己的位置信息。也就意味著節(jié)點(diǎn)必須可以定位本身。

節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作是非常必要的，這樣定位可以由節(jié)點(diǎn)本身來(lái)完成，不需要任何人為干預(yù)。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通常這樣的協(xié)作出現(xiàn)在特定區(qū)域的節(jié)點(diǎn)之間。在大多數(shù)的定位算法，通常情況下，信標(biāo)和錨節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，通過(guò)考慮有限的能源資源，節(jié)點(diǎn)數(shù)量和密度，以及障礙的存在等方面信息來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置信息。

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的位置識(shí)別或定位是指通過(guò)確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理坐標(biāo)建立一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地圖。定位可以手動(dòng)或使用GPS來(lái)完成。手動(dòng)定位是通過(guò)計(jì)算和人工交互來(lái)完成，而GPS定位則是依靠衛(wèi)星的幫助。但全球定位系統(tǒng)有也局限性，就是在茂密的森林，山脈或其他GPS衛(wèi)星擋住視線的障礙物時(shí)便無(wú)法實(shí)施。使用參考節(jié)點(diǎn)，就像鄰居節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)（在GPS的幫助下已經(jīng)知道他們的位置）來(lái)定位。定位算法大多是基于2-維平面的，即x和v平面，其中x和v的坐標(biāo)是在海拔高度是固定的發(fā)前提下與表面的實(shí)際位置相同。二維定位系統(tǒng)相對(duì)而言不復(fù)雜，需要的精力和時(shí)間也不多，平坦區(qū)域時(shí)有很好的精確性，但是難以估算惡劣的地形。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目很多并且錨節(jié)點(diǎn)都存在時(shí)，它可以提供精確的距離。三維平面就是增加了一個(gè)z平面，它可以計(jì)算高度來(lái)給出更有效的位置信息。即使在惡劣的區(qū)域和丘陵地形也可以提供良好的精度。但是因?yàn)槲恢眯畔⒂扇齻€(gè)平面構(gòu)成，當(dāng)這些估計(jì)的位置信息映射到現(xiàn)實(shí)世界中時(shí)，誤差可以存在。采用3D定位系統(tǒng)，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)完全消除。

1.文獻(xiàn)調(diào)研

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）由大量部署在物理環(huán)境中的小型設(shè)備構(gòu)成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有特殊的功能，例如與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，感知，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。在二維平面上確定節(jié)點(diǎn)的位置信息需要3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，而三維則需要四個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的種類(lèi)如下：

錨節(jié)點(diǎn)：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是可通過(guò)某種手段自主獲取自身位置的節(jié)點(diǎn)，被稱(chēng)為錨或信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

基站：是一種特殊的錨節(jié)點(diǎn)。把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息路由到PC。PC把獲得的信息提供給其余的AMI設(shè)備。