无线传感器网络的锚节点优化布设算法

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(1.解放军理工大学 指挥信息系统学院,南京 210007; 2.94860部队,南京 210018; 3.94789部队,南京 210018)

0 概述

在无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)应用中,针对微型传感器节点监测、感知和采集的各种环境或对象信息,只有与特定的节点位置相结合才能为相关应用提供有效的决策支持。无线传感器网络在战场侦查[1]、环境生态监测[2-3]、人员跟踪定位[4]等方面应用广泛。除了锚节点通过配备GPS接收机或人工手动配置等方法获得自身位置外,剩余的大量节点通过测量与锚节点的距离信息,并使用某些定位算法来间接获得自身的位置。由于静态锚节点一经布设其位置便不再移动,且所有节点的位置解算都要以锚节点的位置为参考,因此,锚节点的位置对节点的定位效果具有直接影响,进而影响网络的应用性能,例如提高监测区域的覆盖率[5]、降低网络寿命[6]等。

本文研究单跳定位的场景,从理论分析入手,研究分析锚节点几何形状对定位精度的影响,以到达时间(Time of Arrival,TOA)测距为例,给出几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP)[7]的计算公式,揭示同一种定位算法下,当测距误差相同时,节点定位精度不同的本质原因。本文提出区域定位的概念,并给出区域定位精度的评价指标,即区域定位误差均界。通过仿真分析研究锚节点布设因素(锚节点质心、几何形状、几何面积)对区域定位精度的影响,据此设计锚节点优化布设的启发式(Heuristic Optimization Anchor node Deployment,HOAD)算法。

1 相关工作

关于锚节点布设的工作较多。文献[8]提出了以每个节点至少被3个锚节点覆盖为约束,在一个规则网络中计算定位所需的最少锚节点数目。……