农田环境无线传感器网络无锚节点定位算法.docVIP

农田环境无线传感器网络无锚节点定位算法* 郭建全，赵　伟，黄松岭 （清华大学电机系电力系统国家重点实验室　北京　100084） 摘　要：无锚节点定位算法不需要添加额外硬件，无需锚节点或少量参考节点，仅利用自身的无线收发器即可实现整个网络的节点定位，使定位成本大大降低，是解决由大量廉价节点组成大规模网络定位问题的较好方法。以农田应用为背景，提出一种无锚节点定位算法。该算法从普通节点中选取基准节点以形成坐标系，其他未知节点根据自己到基准节点的距离计算出自身坐标，最终得到所有节点的相对位置。还以实测求平均方法解决了无锚节点定位算法的累积误差问题。算法具有分布式特点，实现过程简单，实用性强。 关键词：无线传感器网络；无锚节点定位；跳数梯度；累积误差 中图分类号：TP393.05　　文献标识码：A　　国家标准学科分类代码：510.99 Anchor-free location algorithm for wireless sensor networksin the application of farmland Guo Jianquan, Zhao Wei, Huang Songling （State Key Lab of Power Systems, Dept. of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China） Abstract：Anchor-free location algorithm needs no anchor or only a few of reference nodes and realizes the location of the nodes in wireless sensor networks only using the wireless receiver equipped on each node without adding any other equipment or hardware, which is very applicable to the large scale wireless sensor networks made up by many low-cost nodes. This paper proposes an anchor free location algorithm taking farmland application as a background. The algorithm first chooses some reference nodes as “anchors” from ordinary nodes according to certain criteria to form a coordinate system, based on which other unknown nodes can calculate their coordinates. The algorithm calculates the average hop distance according to the actual size of the farmland and solves the problem of the accumulated error. The algorithm proposed in this paper has distributed feature, and is easy to be implemented and applicable. Key words：wireless sensor network; anchor-free location; hop gradient; accumulated error 1　引　　言 节点定位技术是无线传感器网络重要的服务支撑技术。由于无线传感器网络节点成本、功耗和硬件条件的限制，如何实现低成本、低功耗和高精度定位是无线传感器网络技术的研究重点之一。根据定位算法是否需要通过物理测量获取节点间的距离或角度信息，可将定位算法分为基于测距和非基于测距的定位算法。基于测距的定位算法一般利用测量得到节点相互间的距离或角度信息来实现位置计算，测量距离的方法有[1]：利用信号达到的时间差（TOA）、利用两种不同信号到达的时间差（TDOA）、利用角度（AOA）及利用无线信号的衰减度（RSSI），其中，RSSI法无需添加额外硬件，只利用自身携带的测量无线电信号强度指示功能，据经验公式计算两节点间的距离，但误差较大；TOA、TDOA和AOA方法均需依赖大量昂贵且消耗能量的硬件。非基于测距的定位算法是通过一定方法估计节点间的距离或确定包含