分布式无需测距(range-free)的移动无线传感器网络节点的定位方法

摘要

无线传感器网络在军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、危险区域远程控制等诸多领域均有着广泛的应用前景。无线传感器网络的很多应用，比如：环境监测、车辆跟踪等都依赖传感器节点位置的知晓。监测到事件之后需关心的一个重要问题就是该事件发生的位置。位置信息是传感器节点采集数据中不可缺少的部分，没有位置信息的监测消息通常毫无意义。确定事件发生的位置或采集数据的节点位置是传感器网络最基本的功能之一，而传感器节点自身的正确定位是提供监测事件位置信息的前提。无线传感器网络的很多应用比如海底检测，动物跟踪，河流流程发现和绘制地图等都依赖传感器节点的移动性。移动无线传感器网络节点的定位也成为研究的热点之一。 首先，论文介绍了无线传感器网络的结构、研究重点与关键技术、特点及应用，以及无线传感器网络节点定位的概念、分类及性能评价；然后阐述了现有的移动无线传感器网络节点的定位算法，如：MCL、MCB、MMCL、Dual MCL、Mixture MCL、MSL*、MLS等，并用Matlab仿真实现，给出它们的性能比较。 其次，论文提出了两种移动无线传感器网络节点的定位算法：权重MCB和EWMCB。这两种算法都是通过应用邻居节点的信息来对节点采样集合里的采样点加权，从而提高定位精度。其中权重MCB算法应用节点的一阶邻居节点的采样集合里的所有采样点的位置（N个位置）来对节点的采样点进行加权，使得有更大可能接近节点实际位置的采样点在节点位置的计算中有着更大的作用，这样改善节点的定位精度。然而，考虑到权重MCB算法的通信开销较大，论文又提出了EWMCB算法，通过定义“估计定位误差”来估计节点初步计算出的估计位置的误差情况，节点仅利用其定位精度较高的一阶邻居节点的估计位置（一个位置）及其“估计定位误差”来对节点的采样点进行加权，这样，不仅在很大程度上减小了通信开销，而且，对比权重MCB，EWMCB对节点无线电射程的不规则性有着更好的适应性。 再次，针对在实际应用中，节点的无线电射程r和最大速度都很难获得的情况，论文提出了一种无需知道无线电射程r和最大速度的适合于静止和移动无线传感器网络节点的定位算法。在已有移动无线传感器网络节点的定位算法中，没有哪种算法可同时不知道无线电射程r和最大速度。本论文把这个算法与无需知道无线电射程r和最大速度的Centroid算法和DV-hop算法的性能进行比较，说明本论文提出算法的优越性。 最后，总结了全文，提出了未来的研究方向。