齊蕊 詹世濤

摘要：無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)自身節(jié)點位置的不確定性，要求對其節(jié)點作出頻繁的位置評估。一種良好的無線定位技術(shù)應(yīng)具備低能耗、高精度、魯棒性強(qiáng)等特點，故本文提出一種基于非測距、RSSI的三維快速節(jié)點定位技術(shù)，這一新定位技術(shù)在任何地理環(huán)境中均使用，且定位精度較高。對其進(jìn)行探討，明確其相關(guān)內(nèi)容，意在為這一新定位技術(shù)在無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中的推廣應(yīng)用提供借鑒與支持。

關(guān)鍵詞：無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)；三維定位技術(shù)；節(jié)點定位；分析

無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成，在其應(yīng)用領(lǐng)域，移動性的作用越來越突出，但其同時也存在諸多需要克服的問題，如能力消耗、覆蓋范圍、傳感器節(jié)點連接等，其中最重要的一個問題就是對移動節(jié)點的定位。因此，對無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)進(jìn)行探討，明確新型技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，對于無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的長足、穩(wěn)定發(fā)展具有積極的現(xiàn)實意義。

一、三維節(jié)點定位技術(shù)的優(yōu)勢

三維節(jié)點定位技術(shù)主要具有如下優(yōu)勢：依靠GPS移動節(jié)點來對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實施定位，在實現(xiàn)高精度定位的同時，定位花費(fèi)大大減少；應(yīng)用飛機(jī)裝載形式，避免了障礙物影響，定位精度大大提高；三維定位的形式，具有很強(qiáng)的魯棒性，且對于各種地理環(huán)境均適用；定位簡單，易于實現(xiàn)，消耗功率小，定位的實現(xiàn)十分快速；相比于當(dāng)前現(xiàn)有定位技術(shù)，具有高精度和分布式計算的特點，無需將測距模塊加入到節(jié)點硬件中。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由多個無線網(wǎng)絡(luò)傳感器構(gòu)成，這些傳感器集傳感器執(zhí)行、控制器和通信裝置于一體，集傳感與驅(qū)動控制能力、計算能力、通信能力于一身的資源受限的嵌入式設(shè)備。由這些微型傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象信息，并對這些信息進(jìn)行處理，傳送給需要這些信息的用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自愈、多跳等特點，并且節(jié)點放置位置大多固定。由于有些無線傳感器現(xiàn)場工作環(huán)境比較惡劣，因此在設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的時候就必須充分考慮傳感器節(jié)點的節(jié)能問題和采集數(shù)據(jù)的實時性傳輸問題。

ZigBee技術(shù)是一個具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)，其PHY層和MAC層協(xié)議為IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。本文提出的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作在全球通用的ISM(Industrial,Scientific and Medica1)免付費(fèi)頻段2.4GHz上，其數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kb/s,劃分為16個信道。與藍(lán)牙或802.11b等同屬短距離無線通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)具有先天的優(yōu)勢。ZigBee設(shè)備為低功耗設(shè)備，具有能量檢測和鏈路質(zhì)量指示的功能。同時，由于采用了碰撞避免機(jī)制(CSMA—CA)，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的沖突。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，采用了密鑰長度為128位的加密算法，對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理，保證了數(shù)據(jù)傳輸時的高可靠性和安全性。

二、三維節(jié)點定位技術(shù)的定位實現(xiàn)

（一）選擇信標(biāo)點

為獲取待定位節(jié)點位置，通常選用兩類信標(biāo)點，一類表示為待定位節(jié)點從移動錨節(jié)點中第一次正確收到包信息時，移動錨節(jié)點所對應(yīng)的位置；另一類表示為移動錨節(jié)點所有位置信息中，獲得最大RSSI值的待定位節(jié)點所對應(yīng)的移動錨節(jié)點位置。移動錨節(jié)點在傳感區(qū)域上空飛行，并伴有一定周期廣播包，其中包括錨節(jié)點的預(yù)定義生存時間、時間戳、坐標(biāo)、ID等。此點應(yīng)注意，廣播周期受通信環(huán)境和硬件的影響，其大小同發(fā)送信息的長度和節(jié)點發(fā)送速率有關(guān)。故實際選擇中，應(yīng)將這些因素納入考慮范圍當(dāng)中。為獲取信標(biāo)點，每兩個表格（定位信息表格和移動錨點訪問表格）應(yīng)由一個傳感器節(jié)點進(jìn)行維護(hù)，前者包含兩類新標(biāo)點及狀態(tài)的定位信息，后者是對傳感器節(jié)點正確接收錨點信息及此時RSSI值的記錄。

（二）確定待定位節(jié)點的位置

對待位節(jié)點所獲取的新標(biāo)點作集合處理（Ax，Bx），x=1,2,3….，并對定位信息表中的狀態(tài)標(biāo)識值進(jìn)行更改。而當(dāng)待位節(jié)點所獲取的新標(biāo)點達(dá)三對時，定位狀態(tài)的標(biāo)識值便開始由定位位置初次信息、定位位置再次信息、位置可計算信息的依次轉(zhuǎn)變。當(dāng)定位狀態(tài)的標(biāo)識值轉(zhuǎn)變成定位位置可計算信息時，便可就節(jié)點相應(yīng)位置作出確定。且試驗表明，這一新定位技術(shù)在任何三維地理環(huán)境下均可達(dá)到節(jié)點定位作用。

三、三維節(jié)點定位技術(shù)的實施過程

三維節(jié)點定位技術(shù)的實施過程基本包括如下內(nèi)容：第一，布置傳感器節(jié)點于指定區(qū)域，且在制定區(qū)域范圍內(nèi)運(yùn)用費(fèi)用來進(jìn)行傳感器節(jié)點的安裝是最常用形式，從而對這些節(jié)點不需要采取其他措施或人工定位便可獲取真實地理坐標(biāo)；第二，創(chuàng)建每個節(jié)點的定位信息表格該表格中包含極值，并依據(jù)極值來對其初始定位狀態(tài)加以定位；第三，移動錨節(jié)點對自身信息作出周期性的廣播，其信息包括此次生存時間、當(dāng)前位置信息、ID和時間戳；第四，當(dāng)傳感器節(jié)點完成對移動錨節(jié)點發(fā)出信息的接收后，其首要任務(wù)就是對移動錨節(jié)點是否達(dá)到單次生存期限作出判斷；第五，如期限未滿，則對移動錨節(jié)點發(fā)送信息的接收是否為第一次作出判斷，如為第一次，則應(yīng)進(jìn)行節(jié)點訪問表格的創(chuàng)建，如不是第一次，則應(yīng)就當(dāng)前值同RSSI值作出比較；第六，對移動錨節(jié)點第一次發(fā)出的節(jié)點信息進(jìn)行判斷，并即刻針對該節(jié)點創(chuàng)建訪問表格，并對移動錨點的RSSI值、ID、時間戳、坐標(biāo)值加以記錄。同時，將移動錨點當(dāng)前位置信息存放于節(jié)點定位信息表格當(dāng)中；第七，當(dāng)移動錨節(jié)點單詞生存時間達(dá)到極致時，應(yīng)在節(jié)點定位信息表格中就移動訪問表格中的錨點坐標(biāo)加以保存。之后，將移動錨點訪問表格刪除，并進(jìn)行節(jié)點定位狀態(tài)信息的更新，將自身定位狀態(tài)信息一次變?yōu)槲恢眯畔⒌某醮味ㄎ弧⒃俅味ㄎ?、可計算值；第八，對?jié)點自身狀態(tài)是否為可計算信息作出判斷，如果是，便可直接確定節(jié)點位置，如果尚未達(dá)到可計算狀態(tài)，則將定位信息復(fù)位于過程四來重復(fù)之后過程。

結(jié)語

無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，依靠于快速、準(zhǔn)確的節(jié)點定位，三維節(jié)點定位技術(shù)作為一種新型的定位技術(shù)能夠很好地滿足其應(yīng)用要求，且我們有理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維節(jié)點定位技術(shù)必將進(jìn)一步完善，從而更好地應(yīng)用于無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

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