基于低比例錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡定位算法研究.pdf

1、作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的位置感知層設計，基于規(guī)模型無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）的定位問題一直是非常重要的研究方向之一。大多數(shù)現(xiàn)有的定位方案基本可以分為基于測距的或無需基于測距的定位方案，室內或室外定位方案等。由于環(huán)境特性的不同特性，基于測距的方案往往在室外定位場景中效果較好，特別是當野外環(huán)境中的多徑效應、信號小尺度衰落等現(xiàn)象遠遠小于室內定位環(huán)境時。多維標定算法和三邊測量術定位是因其數(shù)學上的嚴格合理性和易于實行而被廣泛使用。這類算法的主要側重點是給待

2、定位節(jié)點裝配專門的設備（如GPS等）用以接收定位信號來進行距離估計。
　　然而，此類定位技術要求每個傳感器節(jié)點配備GPS或其它功能強大的復雜模塊來滿足ToA，TDoA，AoA等測距方案，這也是一筆非常高昂的硬件成本。研究人員把研究重點轉向了基于錨節(jié)點的方案。這類方案里，WSN中只有部分節(jié)點是裝備復雜模塊的節(jié)點，其目的是減少增強型模塊成本。而這部分節(jié)點即被稱為錨節(jié)點。剩余的待定位節(jié)點將在網(wǎng)絡連接信息和錨節(jié)點輔助下定位。傳統(tǒng)的基于錨節(jié)

3、點的定位方案的精度嚴重依賴于錨節(jié)點的比例和網(wǎng)絡連通度。此二者關鍵因素的變化會嚴重影響定位精度。
　　一些號稱“無需基于錨節(jié)點”的定位方案介紹了進一步降低成本的方法。而實際上，它們并不是真正的“無需基于錨節(jié)點”，否則將無法計算出真實的地理位置。這些方案只使用連接信息來建立相對定位，并利用少量錨節(jié)點將其轉化為絕對坐標系統(tǒng)。而“無需基于錨節(jié)點”的方案聲稱獲得良好的定位精度，但是對WSN所應對的場景卻有諸多不切實際的要求。例如，節(jié)點的分布

4、相對均勻、網(wǎng)絡是各向同性的、所有節(jié)點使用統(tǒng)一的信號傳播模型等等。在現(xiàn)實場景中，規(guī)模型WSN的部署是隨機的，這個隨機性表現(xiàn)在節(jié)點分布規(guī)律和由于實際場景中的地理條件產(chǎn)生的復雜網(wǎng)絡部署邊界拓撲結構（如復合圖形、凹形、空洞等）。此外，節(jié)點的信號傳播環(huán)境并不總是恒定的，不對稱的連接鏈路的存在更是大概率事件。因此連接本身就要考慮誤差特性。
　　本文針對隨機部署的錨節(jié)點比例較低網(wǎng)絡特性，提出基于優(yōu)化錨節(jié)點選擇（OANS）的規(guī)模型WSN定位方案。

5、此方案主要包括兩個關鍵算法，改進型Floyd算法和OANS算法，加之同其它輔助算法有機結合。改進型Floyd的核心是改進Floyd數(shù)據(jù)處理函數(shù)來估計待定位節(jié)點和錨節(jié)點之間的距離（N-A距離）；OANS算法的核心是區(qū)分和優(yōu)化錨節(jié)點組合的戰(zhàn)略選擇。在給定網(wǎng)絡連接信息的數(shù)據(jù)極其有限和錨節(jié)點比例較低的情況下，OANS方案不僅實現(xiàn)了定位精度的提升，更重要的是，方案還能很好適用于節(jié)點隨機分布且網(wǎng)絡部署邊界形狀呈復雜圖形的情況。我們發(fā)現(xiàn)僅僅通過數(shù)據(jù)處