随机部署无线传感器网络定位技术研究

史志军

摘要：随着经济的发展和科学技术的提高，无线传感网络作为一种新型的信息获取技术，在很多领域都具有相当大的作用。而定位问题是无线传感网络(Wireless Sensor Networks，W S Ns)研究中的基础性问题之一。本文从多方面对随机部署无线传感器网络定位进行探讨。

关键词：随机部署；无线传感器；网络定位1算法介绍

自适应密度感知定位算法(Adaptive density．Sensing localization algorithm，ADSL)采用移动信标节点定位机制，与现有的移动信标节点静态路径规划方法相比，本文提出的方法能够根据无线传感器网络的形状和节点分布密度的不同，按网络实际需要动态添加虚拟信标节点，在随机部署无线传感器网络中具有通用性。密度感知过程即通过信标节点感知范围内的普通节点利用自身的邻居问通信关系，统计自身邻居节点数以及邻居节点的信标覆盖情况，并将统计信息回馈给信标节点。信标节点根据其感知范围内收到的普通节点发送的回馈消息，计算出下一步移动决策方向上的区域节点密度参数，最后计算出下一步所要移动的步长。

在对移动信标技术的研究过程中发现，目前有关移动信标节点动态路径规划的研究中仍存在两个共性问题：虚拟信标节点共线问题和信标移动路径冗余问题。前者可导致未知节点定位精度下降，后者则带来了不必要的能量开销。针对信标节点共线问题，本文的ADSL算法提出倾斜移动信标节点对的方法进行解决，此外，本文提出的ADSL算法中的移动信标节点采用动态螺旋方式路径从网络边缘逐渐向网络中心进行移动，移动信标节点携带定位天线对不同方向上的节点密度进行感知，从而对路径中的网络“空洞”进行绕行。为了避免移动信标进入“死角”，ADSL算法还采取路径可回溯方式，并限制连续可回溯路径次数。

2节点数量优化

传感器节点布设模型主要是研究传感器节点分布密度问题。要完成对监测区域的数据采集，应该抛洒适当的节点数量，即决定在一个监测区域内至少需要布设多少个节点，才能以一定的概率覆盖监测区域。理论上，在一个监测区域内布设足够多的节点，可以对该区域完全覆盖，但传感器节点性能和价格因素的考虑，不可能随意抛洒节点数量，需要有一个布设数量参考值。传感器节点通常以空中抛洒方式布设，在地面的分布状态符合呈泊松分布。

3感知参数及移动步长计算

感知参数为节点移动步长计算的参考值，在一个感知周期内，其根据信标节点感知范围内的网络节点以及感知边缘的网络节点对新虚拟信标的需求程度来决定。

影响网络节点对虚拟信标需求程度的因素主要有两个：一是节点连通度，一定区域中节点的分布密度取决于节点连通度，而节点分布密度影响着信标节点要移动的距离长度，移动方向上节点分布密度越低，则信标下一步可以移动相对较长的距离，反之则移动距离可相对较短；二是节点的信标参考度，信标参考度越低，则节点对新虚拟信标节点的需求程度越大，反之则对虚拟信标节点的需求程度越小，若节点已获得3个或3个以上虚拟信標信息，便可完成自身定位，因此可视为其对新虚拟信标的需求程度为零。

4性能评价参数

无线传感器网络节点定位算法的好坏通常通过定位精度及能量消耗程度来评价，随着基于移动信标的定位方法被提出，移动信标路径规划的目的是为了更好的在无线传感器网络中布撤虚拟信标节点，从而为未知节点提供良好的定位，而在基于移动信标的定位方法中，对于定位精度和能量消耗的评价可转化为以下几个评价参数。⑴虚拟信标个数：虚拟信标个数也称移动信标节点在无线传感器网络中广播自身位置消息的次数。该参数体现了节点通信次数，因此虚拟信标个数与网络节点能量消耗程度成正比。⑵信标覆盖度：在无线传感器网络中，收到虚拟信标消息的普通网络节点占普通网络节点总数的百分比。信标覆盖度越高说明移动信标遍历网络节点越全面，算法性能越好。⑶定位覆盖率：在无线传感器网络中，收到3个或3个以上虚拟信标的普通网络节点数占普通网络节点总数的百分比。未知节点至少获得3个信标位置信息才能完成自身的位置估计，该参数体现了节点的定位成功率。

5定位算法比较

基于距离的定位机制由于实际测量节点间的距离或角度，通常定位精度相对较高，但对节点的硬件也提出了很高的要求，定位过程中消耗的能量相对多。使用声波，超声波，无线电波等进行距离或角度的测量，使得基于距离的定位算法易受温度、湿度障碍物等环境因素的影响；与距离无关的定位机制无需测量节点间的绝对距离或方位，因而降低了对节点硬件的要求，而且定位性能受环境因素的影响小，虽然定位误差相应有所增加，但定位精度能够满足多数传感器网络应用的要求，是目前大家普遍重点关注的定位机制。

总的来说，不基于测距的定位机制属于粗精度定位机制，然而粗精度定位对于大多数无线传感器网络的应用已经足够，研究表明，当定位误差小于传感器节点无线通信半径的40％时，定位误差对路由性能和目标追踪精确度的影响不是很大。

[参考文献]

[1]李洪峻.面向无线传感器网络节点定位的移动锚节点路径规划.计算机研究与发展,2013年11期,第87-89页.

[2]顾学迈.无线传感器网络中适于协作定位的全局节点选择.华南理工大学学报（自然科学版）,2013年7期,第31页.