无线传感器网络节点定位技术综述

李太云

（宁夏大学物理与电子电气工程学院 宁夏银川 750021）

无线传感器网络节点定位技术综述

李太云

（宁夏大学物理与电子电气工程学院 宁夏银川 750021）

本文首先介绍了无线传感器网络（WSN）的发展、应用和技术指标。从基于测距的定位技术和无需测距的定位技术两方面对无线传感器网络定位技术做了综述，并进行了算法优缺点分析。另外，对基于移动锚节点的定位算法和三维定位算法新型定位算法进行了概述。

无线传感器网络；定位技术；节点；定位精度

1 引言

近年来，随着传感器技术、近距离通信技术、微机电系统、计算机网络技术和低功耗技术的越来越成熟，具有大规模、无线、自组织和多跳等特点的无线传感器网络得到了快速发展；融合了传感器技术、微电子技术、无线通信技术、分布式处理技术等。简单来说定位就是确定目标位置。其中，绝大多数的定位系统需要设置参考点，进而利用该参考点确定目标和参考点的相对位置信息，通过坐标转换获得目标在系统中的位置信息。例如导航、目标跟踪和信息推送等。衡量定位性能的有定位精度、节点密度、刷新速度、功耗、容错性和适应性。

2 基于测距的定位技术

WSN定位技术分为基于测距的定位技术和无需测距的定位技术。定位技术中通常把位置信息不确定的节点称为盲节点，能够提供绝对位置信息的节点称为锚节点。基于测距的定位技术常用的测距技术有TOA、TDOA、AOA、和RSSI，定位算法有三边测量、三角测量和极大似然估计法。

3 无需测距的定位技术

3.1 Centroid定位算法

Centroid定位算法是一种基于节点连通性且与距离无关的室外定位算法。基本原理是：位置节点将对在自己通讯范围内的锚节点进行查询，然后以这些锚节点为顶点构成多边形的质心，即多边形的几何中心，最后根据质心估计自己位置。质点法的优点是原理简单，计算量小。

3.2 APIT定位算法

APIT定位算法是T.He等人在文献[1]中提出了APIT定位算法。基本思想为：未知节点对邻近锚节点信息进行监听，从监听到的节点中任意选取三个构成一个三角形，计算三角形重叠区域和质心位置。APIT定位算法具有原理简单、精度高的优点，但是需要足够多的参考节点。

3.3 Amorphous定位算法

R.Nagpal等人在文献[2]提出了Amorphous定位算法。Amorphous定位算法是基于路由矢量协议，节点梯度值的局部平均值Si为：

式中，hi是节点 i的梯度值，即跳数；neighbors（i）是节点 i所有邻居节点。

Amorphous算法中假设网络平均连通度conn是已知，则网络平均每跳距离为：

式中，表示节点的通信半径。则未知节点i到某个锚节点的距离为Si×Size。

4 WSN新型定位算法介绍

4.1 基于移动锚节点定位算法

基于移动锚节点定位算法能够降低由多跳带来的距离误差。中国科学院电磁空间信息重点实验室的毛万东等人在文献[3]中提出了一种用于移动无线传感器网络的新型节点定位算法，该算法利用利用差分演化对样本进行优化，让样本主动向节点真实位置靠近，而不是被动的被滤除。

4.2 三维定位算法

目前，三维定位算法主要分为分布式和集中式。邹斌等人在文献[4]中提出了一种移动节点的三维定位算法，算法利用外接正方体来表示节点的通信范围和移动范围，根据未知节点每时隙最大移动范围和锚节点通信范围形成采样区域，依据锚箱的体积确定采样数量，随机采集的样点取均值作为未知节点的估计位置。邹杰在文献[5]中提出了高精度WSN三维定位算法，该算法前期基于TDOA测距技术，后期基于矩阵迭代优化算法对待定位节点进行定位。

5 结论

本文对无线传感器网络节点定位技术的技术指标做了介绍，对基于测距的定位技术和无需测距的定位技术进行了分析；对WSN新型定位算法：基于移动锚节点的定位算法和三维定位算法做了阐述。

[1]T.He，C.Huang，B.M.Blum，J.A.Stankovic，and T.Abdelzaher.Range-free Localization Schemes for Large Scale Sensor Networks.International Conference on Mobile Computingand NETWORKING（pp.81--95）.ACM，2003.

[2]R.Nagpal，H.E.Shrobe，J.Bachrach.Organizing a Global Coordinate System from Local Information on an Ad Hoc Sensor Network[C]//Information Processing in Sensor Networks，Second International Workshop，IPSN 2003，Palo Alto，CA，USA，April22～23，2003.

[3]毛万东，岳文振，俞能海.一种用于移动无线传感器网络的新型节点定位算法[J].数据通信，2014（2）：15～19.

[5]邹斌.无线传感器网络移动节点三维定位算法研究[D].中南大学，2014.

[6]邹杰，李珊君.高精度无线传感器网络三维定位算法[J].计算机工程，2011，37（10）：99～101.

TN929.5

A

1004-7344（2016）25-0273-01

2016-8-2

李太云，男，汉族，甘肃武威人，硕士研究生在读，研究方向为智能仪器与检测技术。