浅谈无线移动传感器网络中一种新定位技术

齐蕊 詹世涛

摘要：无线移动传感器网络自身节点位置的不确定性，要求对其节点作出频繁的位置评估。一种良好的无线定位技术应具备低能耗、高精度、鲁棒性强等特点，故本文提出一种基于非测距、RSSI的三维快速节点定位技术，这一新定位技术在任何地理环境中均使用，且定位精度较高。对其进行探讨，明确其相关内容，意在为这一新定位技术在无线移动传感器网络中的推广应用提供借鉴与支持。

关键词：无线移动传感器网络；三维定位技術；节点定位；分析

无线移动传感器网络是无线传感器网络的重要组成，在其应用领域，移动性的作用越来越突出，但其同时也存在诸多需要克服的问题，如能力消耗、覆盖范围、传感器节点连接等，其中最重要的一个问题就是对移动节点的定位。因此，对无线移动传感器网络定位技术进行探讨，明确新型技术的相关内容，对于无线移动传感器网络的长足、稳定发展具有积极的现实意义。

一、三维节点定位技术的优势

三维节点定位技术主要具有如下优势：依靠GPS移动节点来对网络节点实施定位，在实现高精度定位的同时，定位花费大大减少；应用飞机装载形式，避免了障碍物影响，定位精度大大提高；三维定位的形式，具有很强的鲁棒性，且对于各种地理环境均适用；定位简单，易于实现，消耗功率小，定位的实现十分快速；相比于当前现有定位技术，具有高精度和分布式计算的特点，无需将测距模块加入到节点硬件中。

无线传感器网络是由多个无线网络传感器构成，这些传感器集传感器执行、控制器和通信装置于一体，集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身的资源受限的嵌入式设备。由这些微型传感器构成的无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象信息，并对这些信息进行处理，传送给需要这些信息的用户。无线传感器网络具有自组织、自愈、多跳等特点，并且节点放置位置大多固定。由于有些无线传感器现场工作环境比较恶劣，因此在设计无线传感器网络协议的时候就必须充分考虑传感器节点的节能问题和采集数据的实时性传输问题。

ZigBee技术是一个具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE802.15.4协议标准。本文提出的无线传感器网络工作在全球通用的ISM(Industrial,Scientific and Medica1)免付费频段2.4GHz上，其数据传输速率为250Kb/s,划分为16个信道。与蓝牙或802.11b等同属短距离无线通信技术相比，ZigBee技术具有先天的优势。ZigBee设备为低功耗设备，具有能量检测和链路质量指示的功能。同时，由于采用了碰撞避免机制(CSMA—CA)，避免了发送数据时的冲突。在网络安全方面，采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理，保证了数据传输时的高可靠性和安全性。

二、三维节点定位技术的定位实现

（一）选择信标点

为获取待定位节点位置，通常选用两类信标点，一类表示为待定位节点从移动锚节点中第一次正确收到包信息时，移动锚节点所对应的位置；另一类表示为移动锚节点所有位置信息中，获得最大RSSI值的待定位节点所对应的移动锚节点位置。移动锚节点在传感区域上空飞行，并伴有一定周期广播包，其中包括锚节点的预定义生存时间、时间戳、坐标、ID等。此点应注意，广播周期受通信环境和硬件的影响，其大小同发送信息的长度和节点发送速率有关。故实际选择中，应将这些因素纳入考虑范围当中。为获取信标点，每两个表格（定位信息表格和移动锚点访问表格）应由一个传感器节点进行维护，前者包含两类新标点及状态的定位信息，后者是对传感器节点正确接收锚点信息及此时RSSI值的记录。

（二）确定待定位节点的位置

对待位节点所获取的新标点作集合处理（Ax，Bx），x=1,2,3….，并对定位信息表中的状态标识值进行更改。而当待位节点所获取的新标点达三对时，定位状态的标识值便开始由定位位置初次信息、定位位置再次信息、位置可计算信息的依次转变。当定位状态的标识值转变成定位位置可计算信息时，便可就节点相应位置作出确定。且试验表明，这一新定位技术在任何三维地理环境下均可达到节点定位作用。

三、三维节点定位技术的实施过程

三维节点定位技术的实施过程基本包括如下内容：第一，布置传感器节点于指定区域，且在制定区域范围内运用费用来进行传感器节点的安装是最常用形式，从而对这些节点不需要采取其他措施或人工定位便可获取真实地理坐标；第二，创建每个节点的定位信息表格该表格中包含极值，并依据极值来对其初始定位状态加以定位；第三，移动锚节点对自身信息作出周期性的广播，其信息包括此次生存时间、当前位置信息、ID和时间戳；第四，当传感器节点完成对移动锚节点发出信息的接收后，其首要任务就是对移动锚节点是否达到单次生存期限作出判断；第五，如期限未满，则对移动锚节点发送信息的接收是否为第一次作出判断，如为第一次，则应进行节点访问表格的创建，如不是第一次，则应就当前值同RSSI值作出比较；第六，对移动锚节点第一次发出的节点信息进行判断，并即刻针对该节点创建访问表格，并对移动锚点的RSSI值、ID、时间戳、坐标值加以记录。同时，将移动锚点当前位置信息存放于节点定位信息表格当中；第七，当移动锚节点单词生存时间达到极致时，应在节点定位信息表格中就移动访问表格中的锚点坐标加以保存。之后，将移动锚点访问表格删除，并进行节点定位状态信息的更新，将自身定位状态信息一次变为位置信息的初次定位、再次定位、可计算值；第八，对节点自身状态是否为可计算信息作出判断，如果是，便可直接确定节点位置，如果尚未达到可计算状态，则将定位信息复位于过程四来重复之后过程。

结语

无线移动传感器网络的发展，依靠于快速、准确的节点定位，三维节点定位技术作为一种新型的定位技术能够很好地满足其应用要求，且我们有理由相信，随着科学技术的不断发展，三维节点定位技术必将进一步完善，从而更好地应用于无线移动传感器网络当中。

参考文献

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