单位文秘网 2022-03-01 08:17:23 点击: 次
摘 要:针对MSP算法需要借助额外的外部扫描设备,不适合应用于对野外大规模部署的传感器网络进行定位这一缺点,提出了一种HGMSP算法。该算法通过锚节点发出扫描信息,不需要额外的外部设备进行辅助定位,提高了算法的可用性。仿真实验表明,在去掉辅助设备的情况下,算法的定位精度并无明显下降。
关键词:无线传感器网络;序列;节点定位
中国分类号:TN914 文献标识码 :A
文章编号10053824(2013)01006004
0 引 言
无线传感器自诞生以来,因为体积小,携带方便,便于部署等特点,使其在军事、环境、医疗、家庭和其他领域有广阔的应用前景和很高的应用价值[1]。在很多无线传感器应用中,位置信息对于传感器网络的监测活动至关重要,事件发生的位置或获取节点位置信息是监测信息中的重要一项,没有位置信息的监测消息是没有太大意义的。因此定位功能是无线传感器网络的最基本功能之一,对传感器网络应用有很大的作用。
目前,国内外很多学者都对无线传感器网络定位算法展开了深入的研究[2]。当前主流的2种定位算法分别是rangebased(基于测距的)定位算法和rangefree(非测距)定位算法。其中rangebased算法包括最早的基于到达时间的TOA定位算法、基于到达时间差的TDOA算法和基于到达角度的AOA算法等。但是因为这些算法需要额外的测距设备等硬件设施,出于硬件成本和能耗等考虑,研究者提出了rangefree定位算法。由于不需要测距,无需时间同步等一系列原因,非测距的无线传感器网络定位算法逐渐受到研究者的青睐。非测距的定位算法目前主要有质心算法、基于距离向量的DVhop算法[3]、rmorphous算法[4]和APIT算法[5]以及最新提出的基于采集节点序列的MSP算法[6]等。
1 MSP简介
1.1 MSP算法基本思想
MSP算法是由TianHe等人提出的一种非测距的无线传感器网络节点定位算法。该算法的基本思想是通过外部有源设备发出扫描波,网络中的节点收到扫描信号之后会给出一个反馈信息。网络中有专门的接收设备来接收节点的反馈信息,并按照接收到反馈信息的先后顺序进行排序,得到一个包含锚节点和普通节点的序列。然后根据锚节点的位置来不断地缩小普通节点可能处于的区域范围,不断地通过新的节点序列来重复这一过程,直到将普通节点的位置精确地定位出来。
MSP算法扫描过程如图1所示,网络中包含锚节点和普通节点。通过外部设备产生的4个扫描波分别从4个方向对整个区域进行扫描。通过event1的扫描可以得到的反馈序列为12A35B4,同理通过event2的扫描可以得到的反馈序列为2B134A5。然后通过锚节点做扫描方向的垂线,根据反馈序列可以得到普通节点可能存在的区域范围,如图2所示。
尽管MSP算法作为一种无线传感器节点定位算法具有定位时间快,精度高,节点能耗少等特点。但是整个MSP算法是建立在外部辅助设备的基础之上的。MSP算法有以下不足之处。
1)扫描过程需要额外的外部设备发出扫描波信号,在收集节点的反馈序列过程中也需要额外的设备进行收集,对于外部设备的依赖度比较大,限制了MSP算法的适用范围。
2)网络中节点的定位计算过程也是由外部计算设备完成的,没有充分利用传感器网络节点的分布式计算能力。
如果能够充分利用传感器节点自身的功能和计算能力,去掉外部设备的辅助,那么MSP算法的适用范围会更加广阔。
2 改进的HGMSP算法
2.1 HGMSP基本思想
MSP和HGMSP算法均融入了扫描波的思想。与MSP算法产生扫描波需要借助外部设备所不同的是,HGMSP算法的扫描信息不是由外部设备发出的,而是由网络中的锚节点发出,同时由锚节点采集普通节点的反馈序列,同时节点的定位也是由锚节点计算完成的。
2.2 HGMSP算法定位过程
与MSP算法相似,HGMSP算法也采用节点序列的思想进行定位,但与MSP算法不同的是,HGMSP算法的扫描波信号是由网络中的锚节点发出的,如图4所示。
4 总 结
本文在MSP算法的基础上,针对MSP算法的不足之处做出了改进,提出了HGMSP算法,该算法能够在不依赖外部设备的前提下达到和MSP算法基本相同的定位精度和误差,同时适应范围比MSP算法要广。但是HGMSP算法受锚节点数量的影响比较大,这是因为没有外部设备导致扫描波的数量受限,定位精度下降。同时锚节点的分布也对算法的定位精度有影响,对锚节点分布进行优化是本文下一步研究的主要方向。参考文献:
[1] 李晓维,徐勇军,任丰原. 无线传感器网络技术[M]. 北京:北京理工大学出版社,2007.
[2] 孙利民,李建中,陈渝,等. 无线传感器网络[M]. 北京:清华大学出版社,2005.
[3] BULUSU N, HEIDEMANN J, ESTRIN D. GPSless low cost outdoor localization for very small devices[J]. IEEE Personal Communications, 2000,7(5):2834.
[4] NAGPAL R. Organization a global coordinate system from local information on an amporphous computer[EB/OL].(1990812)[20120702].http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/5926/AIM1666.pdf?sequence=2.
[5] NAGPAL R, SHROBE H, BACHRACH J.Organization a global coordinate system from local information on an adhoc sensor networks[J]. Information Processing in Sensor Networks,2003,2634:333348.
[6] ZHONG Z G, HE T.MSP:Multisequence positioning of wireless sensor nodes[C]. Proceedings of the 5th international conference on Embedded networked sensor systems.New York :ACM.2007:1528.
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