基于移动无线传感器网络的定位研究概论(2)

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1．2加入移动性的优点

传感器网络的部署通常是由它的应用决定的，节点可以被放置成网格的随机性的、包围着一个实体目标的或者其它无数的布置状态。大多数情况下，最理想的部署状态就是当传感器节点开始采集和处理数据时我们才知道它们的存在。部署在偏僻或者广大的区域里，重新布置节点的位置通常是不可行的。然而，当节点是移动的，重新部署是可能的，这将使传感器具有更好的通用性。

在网络中，当静态节点失去联系时，移动节点可以策略性地连接起来丢失的或者弱通信路径的节点。类似地，当网络状况变差的时候，离基站近些的节点将会很快坏掉。因为它们比那些远一些的节点需要传送更多的数据信息。通过使用移动的基站，这些问题就可以解决了，网络的生存时间也延长了［3］。

移动性通过选择多样的通信路径，使信道容量变大和维持数据的完整性成为可能，并且减少了信息到达它们目的地之前传送过程中跳跃的次数［4］。

图2

基于移动无线传感器网络的定位研究概论

定位阶段：（a）整合，（b）测量，（c）位置估计

一起，整合包括定位进程开始的通告和时钟同步，这可以使接收的信号在类似的时间框架内进行分析。整合技术能够将通告和同步信息压缩成一个信号信息。这些整合方式可以达到微秒级的精确度并且只能传送一个信号信息。

2．2测量阶段

测量阶段包括传送一个信号至少要通过一个节点，接下来通过信号处理到其它加入的节点里。

信号形态：对精确定位来说，传感器节点选用的信号形态是非常重要的，并且还要依靠节点的硬件、环境和实用性。信号的形态会根据定位环境的不同而做出不同的选择，常用的信号形态有无线电信号、声波信号、红外信号等。由于所有的无线传感器节点都附带无线电的硬件，无线电频率传播对定位来说已经成为一个很普遍的信号形态。信号的特性比如强度、相位或者频率，对这些进行分析得到的数据用来位置估计。

测量技术：一些已有的技术再结合信号测量便可得到得到节点方位或者临近的信息。利用测量需要定位的携带有移动节点的人或者物体的各类代表距离或者方位的物理信息，如声音、超声、光、无线信号等，进而通过一定的算法来确定他们的位置。利用这种原理定位的方法分为两类，基于测距的方法和不基于测距的方法。基于测距的方法通过测量节点间点到点的距离和角度信息，再使用三边测量、三角测量或最大似然估计定位方法等方法来计算节点位置；无需测距的方法在定位时无需距离和角度信心，仅根据网络的连通性等信息即可实现。

基于测距的方法常用的物理量有无线接收能量RSSI（Re-

1．3WSN与MWSN之间的不同点

WSN与和加入了移动性的MWSN在很多方面都存在着不

同点，主要表现在以下几个方面：

定位：在静态网络中，在初始化的时候节点位置就被确定下来了。然而，当那些移动的节点在传感翻范围内移动的时候，必须持续地获得它们的位置，这就要消耗额外的能量和时间，也对一个迅速定位服务的可用性有很高的要求。

动态网络拓扑：传统的WSN路由协议描述的是怎样通过网络传送信息以至于让它们最有可能地到达它们的目的地。典型的是依靠路由表或者近来的路由情况。在动态拓扑下，表数据很快就过时了，并且路由交换必须被反复的执行。

能量消耗：在WSN与MWSN之间能量消耗方式［5］有很大的不同，在两种类型的网络里，无线通信会消耗能量而且必须有效地利用。但是，移动实体必须要额外的能量用于移动性的开支。所以经常给移动实体配备一个大的能量储存。

网络汇点：在WSN应用集中化的时候，传感器数据被传送给基站，基站可以用资源集中的方式对这些数据进行处理。一些

MWSN用移动的基站，它们在传感器范围内移动来采集数据或

者确定好它们自己的位置以至于让那些传感器节点传送的跳数达到最少。

2MWSN的定位

在最近十年里，关于WSN定位研究的文献已经出版了很多，

ceivedSignalStrengthIndication）、到达时间TOA（TimeofArrival）、到达时延差TDOA（TimeofDifferenceofArrival）和到达角度AOA（AngleofArrival）。TOA需要节点间精确的时间同步；TDOA受限于过短的超声波传播距离和对通视传播的要求；AOA需要额外的硬件支持才能实现［8］。2．3定位阶段

从测量阶段得到的信号数据可以确定目标节点的大致位置。对于MWSN来说，一般的定位技术是基于测距的，这可以通过距离或者角度的近似得到。因为测距的数据经常被噪声干扰，最好的办法是将噪声过滤掉，这样就可以得到更精确的位置估计了。

三边测量［9］：当陆标与移动节点之间的距离被确定时，就可以用三边测量来估计位置，图3（a）表示的就是这种方法，测量出未知节点到三个已知位置节点的距离，然后分别以这三个锚节点为圆心，测量的距离为半径画圆，如果没有噪声，这三个圆相交的那点就是目标节点。然而，由于噪声的存在，这三个圆会有一个重叠的区域，目标节点可能（但不一定）存在于这个区域。

角度测量［9］：当知道锚节点的方位或者两个锚节点之间所成的角度时，我们就可以确定移动的节点了。角度测量可以用来定位移动节点。这种方法如图3（b）所示。当用到两个锚节点时，测出这两个锚节点的方向角和锚节点间的距离，将这两个锚节点作为定点，锚节点间的距离作为一条边长，

沿两个方向角的方

这里面有很多技术可以在MWSN中应用。我们描述在定位［6－7］里面的非常典型的三个阶段：整合、测量、位置估计。然后我们集中在基于MWSN定位的其它方面，比如移动性的影响，环境的影响等等。

MWSN定位可以用图2来表现，一些节点做出调整是为了

最初的定位，然后一个或更多的节点就发出一个信号和信号的一些参数（例如：到达的时间、相位、信号的强度等等。）让一个或者更多的接收者看到。我们将传送信号的参数测量出来。然后我们根据这些参数并通过定位算法对节点的位置进行估计就可以知道节点的位置了。为了更精确的知道位置，还需要那些优先被部署的而且还知道位置的那些装置的帮助。这些装置有锚，基础设施或者播撒的节点。例如，对GPS来说，它的基础节点就是绕地球运行的卫星。位置估计还可能与一系列在当地整合系统中知道位置的静态锚节点有关。

2．1整合阶段

优先于信号的传输，新加入的节点要和其它的节点整合到