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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位與算法步驟

來源:網(wǎng)絡(luò)

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關(guān)鍵詞:無線傳感器,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

       定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個重要的研究方向,定位算法的優(yōu)劣直接影響著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中是否可行。測量的數(shù)據(jù)不同以及使用的坐標(biāo)計算方法的不同導(dǎo)致了各種不同的定位算法的產(chǎn)生。

      質(zhì)心定位算法是通過計算發(fā)送信息的錨節(jié)點所組成的多邊形的質(zhì)心做為未知節(jié)點的坐標(biāo)位置的一種算法。質(zhì)心算法基于網(wǎng)絡(luò)連通性對未知節(jié)點進行定位,無需錨節(jié)點與未知節(jié)點進行協(xié)同操作,是一種非常簡單而且易于實現(xiàn)的定位算法,對于那些對定位精度要求不高的應(yīng)用,質(zhì)心算法是一個很好的定位方法。

      DV-Hop算法的基本思想是先獲得未知節(jié)點與錨節(jié)點的跳數(shù),然后計算網(wǎng)絡(luò)平均每跳的距離,再通過跳數(shù)與平均每跳的距離的乘積得到未知節(jié)點與錨節(jié)點的距離,最后,通過未知節(jié)點與至少3個錨節(jié)點之間的距離得到未知節(jié)點的位置坐標(biāo)。DV-Hop定位算法是一種無需測距技術(shù)的、完全基于節(jié)點密度的、適用于密集部署的各向同性網(wǎng)絡(luò)的定位算法。

      MDS-MAP定位算法的基本思想是先從全局角度生成網(wǎng)絡(luò)拓撲連通圖,當(dāng)節(jié)點有測距能力時,用測距結(jié)果作為每條邊的值,否則,用所有邊賦值為1,表示僅有連通性信息,生成節(jié)點間距矩陣。然后用多維標(biāo)度技術(shù)MDS(MultidimensionalScaling)生成網(wǎng)絡(luò)的相對坐標(biāo)系統(tǒng),最后,使用不在同一直線的n+1個錨節(jié)點信息把n維的相對坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為絕對坐標(biāo)系統(tǒng)。

      分簇算法把網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點組織成簇的形式,只在一個簇范圍內(nèi)傳輸信息,不需要把控制消息傳遍整個網(wǎng)絡(luò),可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。

      簇成員的功能比較簡單,不需要維護復(fù)雜的路由信息,具有很好的可擴充性。

      簇頭節(jié)點由簇頭選舉算法選舉產(chǎn)生,能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化動態(tài)分簇,具有很強的抗毀性和魯棒性。但是分簇算法中的簇頭選擇算法復(fù)雜度較高,而且簇頭節(jié)點還可能會成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸,從而影響網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和定位效率。

      改進的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位算法

      分簇算法的定位精度較高,但是其計算量也較大,用RSSI測距方法定位卻不夠精確。首先,把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分成多個區(qū)域,然后在每個區(qū)域內(nèi)使用RSSI測距方法,通過多個錨節(jié)點計算未知節(jié)點的位置,最后,計算多個結(jié)果求出平均值最為最后的定位結(jié)果。

      網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的劃分是按照錨節(jié)點的距離為依據(jù)的,先計算網(wǎng)絡(luò)中所有錨節(jié)點之間的距離,選擇最近的幾個錨節(jié)點作為一個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域,在該區(qū)域內(nèi)的未知節(jié)點就用這些錨節(jié)點來定位。用RSSI測距方法測量未知節(jié)點與范圍內(nèi)的錨節(jié)點的距離,用極大似然估計法計算未知節(jié)點的位置,并存儲于該節(jié)點中。最后,計算存儲在未知節(jié)點中的多個坐標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值,把平均坐標(biāo)值作為節(jié)點的最終坐標(biāo)。

      對于網(wǎng)絡(luò)邊界的未知普通節(jié)點,它們周圍的錨節(jié)點數(shù)量較少,不適于上面的方法??梢酝ㄟ^它們周圍已經(jīng)定位的普通節(jié)點來定位網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點,把這些已經(jīng)知道位置的普通節(jié)點看成上面方法中的錨節(jié)點,使用上面的步驟完成定位。

      算法的具體步驟:

     ?。?)計算網(wǎng)絡(luò)中錨節(jié)點之間的距離,并存儲離它較近的幾個錨節(jié)點的信息。

     ?。?)以幾個錨節(jié)點為邊界劃分定位區(qū)域,錨節(jié)點的個數(shù)決定越多定位精度越高。

     ?。?)在每個區(qū)域內(nèi),使用RSSI方法測量未知節(jié)點與幾個錨節(jié)點的距離。

     ?。?)通過極大似然估計法計算未知節(jié)點的位置坐標(biāo),并把數(shù)據(jù)保存在未知節(jié)點中。

      (5)對要定位的未知節(jié)點重復(fù)(3)(4)步驟。

     ?。?)對網(wǎng)絡(luò)中每個區(qū)域中要定位的節(jié)點同時進行(3)(4)(5)步驟。

     ?。?)網(wǎng)絡(luò)中每個未知節(jié)點對本身存儲的多個坐標(biāo)計算平均值,把平均坐標(biāo)值更新為該節(jié)點的最新坐標(biāo)值。

      (8)處理網(wǎng)絡(luò)的邊界未知節(jié)點。

    (審核編輯: 滄海一土)

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