水下无线传感器网络协作式节点定位方法.pdf

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1、2010年第29卷第10期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)141＼)前沿技术s、c水下无线传感器网络协作式节点定位方法睿智，王玲(国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：针对无线传感器网络信标节点受水下条件限制不能布置很多的问题，利用非信标节点参与定位是提高定位精度的一种途径。协作式定位算法就是通过测量所有相邻节点间的信号传输往返时延来计算距离，利用信标节点和未知节点间的距离确定自身初始区域，并利用相邻2个未知节点间的距离来缩小这个区域，用迭代方式提高节点的定位精度。该算法无须额外的硬件支

2、持，仿真结果显示：即使只有很少的信标节点，算法的定位精度也可以超过传统的只用信标节点的定位方式。关键词：无线传感器网络；基于距离；往返传播时间；协作式定位；未知节点中图分类号：TP393．03文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)lO-0141-04Acoo,perati~venodelocalizatioOnmethodforunderwatcerwirelesssensornetworksRUIZhi，WANGLing(CollegeofElectronicScience&Engineering，NationalUniversityofDefense

3、Technology，Changsha410073，China)Abstract：Relativelyasmallquantityofbeaconscanbesetunderwater，SOunknownnodescanbeusedforimprovinglocalizationprecision．BymeasuringRTOF，thedistancebetweenbeaconsandunknownnodescanbeusedtolimitthepositionregionoftheunknownnodes．Thedistancebetweentwounknownnei

4、ghbournodesisiterativelyusedtorefinethenode’Sposition．Cooperativelocalizationmethoddoesnotneedsupportofadditionaldevice．Simulationresultsshowthatthelocalizationprecisionissatisfied，andthelocalizationerrorisreducedcomparedwiththetraditionalbeaconbasedalgorithm．Keywords：wirelesssensornetwo

5、rks(WSNs)；range-based；RToF；cooperativelocalization；unknownnode0引言同样的考虑，GPS也不能直接对水下目标进行定位。无线传感器网络中每个节点在某个空间坐标系中确定2)信道通信质量被严重削弱：来自水面和水底的多径自己空间位置的过程称为节点定位。节点定位机制是指依反射、环境噪声以及信号衰落阻碍了信号处理机制的使靠有限的位置已知节点，确定布设区中其他节点的位置，在用。传感器节点间建立起空间关系的机制。节点定位已成为无3)节点的活动性：考虑到水下的环境，节点的位置和线传感器网络的关键技术之一，被越来越多的人所关运动方

6、向经常发生变化J。这就要求必须频繁进行定位，注。但是，传感器网络的有限能量很难完成。当前，水下无线传感器网络也得到越来越多的关注，因4)节点布设稀疏：水下传感器网络节点比地面网络的为有很多优势和潜在的应用，如，海洋学资料数据采集、污节点要昂贵，所以，不能像地面网络节点布设得那么紧染监测以及灾难预警等。虽然地面传感器网络定位方密。法的研究已经很多，但是，针对水下环境的特殊性，现有的针对以上问题，现在关于水下无线传感器网络的研究很多方法还是面临许多挑战。主要挑战有：主要包括3个方面：1)硬件，主要针对传感器网络节点间的1)不适用无线电波：不能利用电磁波和声波信号的速声波通信

7、；2)协议，主要针对水下网络的自组织，MAC层协度差来测距，因为电磁波在水下会被吸收，从而导致传播距议的设计，时间同步及定位；3)降低能耗。离很短(当前应用的电波只能传播50—100cm4)。出于在水下传感器网络的节点定位中，通常使用声波等传收稿日期：2010-01-22基金项目：总装预研基金资助项目(9140A2205O408KGo164)142传感器与微系统第29卷播速率低的信号进行测距。结合卫星定位，通过水面的浮接收机标，可以对网络中的信标节点进行定位，从而进一步确定其他未知节点的位置。为了减小对硬件的要求并降低成本，信标节点不能布