科技・探索・争ｌ毫 Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界 Ｖｉｓｉｏｎ 无线传感器网络定位技术浅析 危厚琴马惜平 （北华大学电气信息学院，吉林吉林１３２０２１） 【摘要】无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术在目标跟踪、入侵检测及一些相关领域有着广泛的应用前景。然而，定位技 术是无线传感网络的基础技术．对无线传感网络后续工作的开展及应用起着关键的支撑作用 首先．传感器节点必须明确自身位置才能详细说 明“在什么位置发生了什么事件”，从而实现对外部目标的定位和跟踪：其次了解传感器节点的位置分布状况可以提高网络的路由效率．从而实 现网络的负载均衡及网络拓扑的自动配置．改善网络的覆盖质量 无线传感器网络定位是非常必要的 本文首先分析无线传感器定位的现状． 分析其定位存在的问题和困难．然后对几种典型算法进行比较．比较其优缺点并提出改进方案 无线传感器网络定位最简单的方法是为每个节 点装载全球卫星定位系统（ＧＰＳ）接收器．用以确定节点位置。但由于经济因素、节点能量制约和ＧＰＳ对于部署环境有一定要求等条件，导 致方案的可行性较差。因此，一般只有少量的节点通过装载ＧＰＳ或通过预先部署在特定的位置获取自身的坐标． ．【关键词】无线传感器网络：测距：定位：算法 方法对硬件成本要求很高．要求配备天线阵列．小太适合无线传感器 网络。 （１）无线传感器网络定位的几个常用术语： Ｄ、基于接收信号强度（ＲＳＳ）的测距 到达时间：信号从一个节点传播到另一个节点所需时间。 信号在传播过程中会有衰减．无线信号的发射功率和接收功率仔 到达时间差：不同传播速度的信号从一个节点到达另一个基点所 在某种映射关系．因此可以利用关系这个来估算距离． ．需要的时间之差 ⑦常用的位置估算方法有下面两种： 到达角度：节点接收到的信号相对于自身轴线的角度。 Ａ、ｉ边测量法 接收信号强度（ＲＳＳ）：节点接收到无限信号强度的大小，也有称 上面举的例子中的位置估算方法就是ｉ边测量法．此处不冉赘 Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｎｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ（ＲＲＳＩ）．两个意思基本是一样的 述。 视距关系（ ｇｈｔ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ，ＬＯＳ）：两个节点之间没有障碍物，能够 至于某些文献上提到的 角测量法个人觉得跟＿二边测量法是一 直接通信 回事．就不再介绍了 非视距关系（Ｎｏｎ Ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｓｉｓｈｔ．ＮＬＯＳ），两个节点之间有障碍物， Ｂ、最大似然估计法 不能直接通信 ２）无需测距（ｍｎｇｅ—ｆｒｅｅ） 跳数（Ｈｏｐ Ｃｏｕｎｔ），两个节点之间的跳段之和。 无需测距的定位算法不需要直接测量节点之间的距离或者角度． （２）无线传感器网络定位的基本概念 而是根据网络的连通性来实现位置估计得．典型的无需测距的算法主 无线传感器网络中的节点定位是指传感器节点根据网络中少数 要有以下几种： 已知节点的位置信息 通过一定的定位技术确定网络中其他节点的位 ｆ１）质心算法 置信息的过程 质心算法基于两个假设条件：射频信号的传播遵循理想的圆球模 在无线传感器网络中节点通常可以分为信标节点和未知节点．其 型：节点的通信半径相同且不会改变 中信标节点也称为锚节点或者参考点．未知节点也称为普通节点。信 质心算法是一种完全基于网络连通性的定位算法．其计算和＝英施 标节点是位置信息已知的节点，未知节点是未知信息未知的节点 信 难度都比较小，但是算法精度不高．并且通常要求信标节点具有较高 标节点一般所占比例很小．通常通过手工配置或者配备ＧＰＳ接收器 的密度。 来获取自身的位置信息 ｆ２）ＤＶ—ＨＯＰ（Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ—Ｈｏｐ）算法 除此之外还有一种节点称为邻居节点．邻居节点是指传感器节点 ＤＶ—ＨＯＰ算法是为了避免对节点距离直接测量而提ＬＨ的一种基 通信半径内的其他节点 于矢量路由的非测距定位算法 该算法的核心思想是通过距离矢量路 由方法获取未知节点与信标节点之间的最小跳数．并计算每跳的平均 ２主要的ＷＳＮ定位方法 距离．然后以每跳的平均距离与最小跳数的乘积作为未知节点与信标 ＷＳＮ定位方法有两种：基于测距和无需测距 节点的估算距离．再使用 边测量法估算未知节点的坐标位置。 １）基于测距 ｆ３）ＡＰＩＴ算法 基于测距（Ｒａｎｇｅ—ｂａｓｅｄ）：假设在传感器网络中某些节点位置信 ＡＰＩＴ算法的基本思想同质心算法的思想类似．它利用由信 息已知，通过某些手段来估算其他节点的位置信息 在这里面通常有 点组成的三角形覆盖重叠区域来确定未知节点的位置 在ＡＰＩＴ算法 两个步骤：测距和位置估算 中．未知节点首先在其邻居节点中收集信标节点的信息 然后任意选 因为要通过信标节点得到未知节点的位置信息．必须先确定信标 取３个信标节点．判断自己是否在这３个信标节点组成的＝三角形区域 节点到未知节点的距离．才能得到未知节点的位置信息。 内，然后不断这样循环选取３个信标节点进行判断，这样．未知节点可 ①通常测距的方法有４种： 以确定多个包含自己的三角形区域．这些ｉ角形区域的重叠部分是一一 Ａ、基于到达时间（ＴＯＡ）的测距 个多边形．它确定了更小的包含未知节点的区域．然后以这个多边形 这种方法是根据已知信号的传播速度及信号在发送节点和接收 区域的质心作为未知节点的坐标 节点之间的传播时间来估算距离．这种方法要求能够非常精确地获取 （４）ＭＡＰ算法 发送节点和接收节点之间的传播时延．这个是比较困难的，难度很大， ＭＡＰ是一种基于移动信标节点的非测距定位算法．也有称为 不太适合无线传感器网络 ＭＡＮ 其基本思想是利用可移动的 标节点在监测区域中移动并周 Ｂ、基于到达时间差（ＴＤＯＡ）的测距 期性的广播其当前的位置信息．然后可以确定两条以未知节点为圆心 这种方法中发送节点同时发送两种不同传播速度的信号、接收节 的弦．这两条弦的垂直平分线的交点就是圆心． 点根据两种信号到达的时间差和他们的传播速度来计算距离 假若两 该算法有与其他非测距定位算法相比有较高的精确度．但是缺点 种信号的传宝速度为ｖｌ和ｖ２．到达时间分别为ｔ１和ｔ２．发送节点到 是移动节点是必须要有足够能量支持其在监测区域内移动．并且 未 接收节点的距离为ｄ，则有： 知节点的位置发生变化时．该算法有比较大的误差 ｔｌ－ｔ２＝ｄ／ｖ】一ｄ／ｖ２ （５）Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ算法 可得ｄ＝（ｔｌ—ｔ２）ｖ１ｖ２／（ｖ２一ｖ１） （６）凸规划定位算法 ｃ、基于到达角度（ＡＯＡ）的测距 凸规划定位算法的核心思想是：如果两个节点能够直接进¨通 这种方法根据接收信号到达时候与自身轴线的角度来计算．这种 信，则它们之间的距离必定小于节点的通信半径 （下转第２１１页） １ 无线传感器网络定位的基本概念 ’。８ ｌ科技视界 ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ。 。ｇｙ Ｖｉｓｉ。ｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏ￣ｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ 科技视界 科技・探索・争鸣 探究职业学校学生的自治问题 崔淑红 （潍坊工商职业学院，山东诸城２６２２００） 当今社会要求和谐教育．和谐教育就是从满足社会发展需要和受 学生自治既能增长经验，又能体会老师的辛苦。遇到一个问题，老 教育者自身发展需要的统一出发．优化教育教学结构中的各种要素， 师帮助学生解决了．问题纵然暂时结束．但学生没有掌握解决问题的 促进学生德、智、体、美、劳全面、协凋、生动、活泼的发展教育。要实现 根本．若遇到类似的问题，他们可能解决的不好。若采取学生自治．尝 这一目标．职业学校必须实施学生自治 试让他们自己去解决问题．开始时可能效果不太明显．但是他们毕竟 学生自治是学生结起团体来．自己管理自己的一种模式。学生自 增长了一些经验。随着管理的深入．学生在处理问题上就会得 ｆｌ，应手。 治，不是自由行动，而是共同治理；不是取消规则，而是大家立法守法； 如在上晚自习课时．我让学生自己管理纪律．有不少平日不管你怎么 不是放任．而是练习自治的道理 共同遵循守纪、理解、团结、互助的原 说，怎么劝也不听的学生，经过几次后，他们就会体会到管纪律这么 则，克服嫉妒、自卑、自傲、自私的不良心理。学习上互助互学，共同进 难．体会到了老师的辛苦，自己在以后也就收敛了不少。上课也就不再 步 纪律上互相督促．互相监督。 违反纪律 问题解决的越多，学生的经验也就越多，解决问题的能力也 学生自治的需要：（１）今日的学生，就是将来的公民，国家需要自 就越强．从而达到事半功倍的效果。 治的公民．而不是违法乱纪的公民．这必须要求学生能够共同治理。 当然．学生自治处理不好也会产生弊端。现在的学生．多数是独生 （２）今日的学生，受外界环境的影响，如影视、网络等，欲望膨胀，都想 子女，在家里是中 ｆｉ，．是太阳，家长全都围绕他转．也造成了学生一切 摆脱一切束缚．出现抽烟喝酒、甚至敲诈勒索等不良风气，所以时势所 都以自己为中 ｌｆ，。到了学校后，若让他来管理，由于习惯使然．他总想 趋，非学校中提倡自治，不足以消除乱的根源。 管住别人．让别人听他指挥，但自己却不听别人的指挥。所以．学生自 我们如何才能有自治的学生？从学习的原则看，事怎样做，就需怎 治应用得当，就能为公众造福．应用不当，可能会使学生争权夺利，甚 样学。如学游泳就需在水里学。若不下水，只管在岸上读游泳的书籍， 至会拉帮结派．危害大众。那就需要学校制定各种管理办法来加以引 做游泳的动作，纵然学了一世，到了下水的时候，还是要沉下去。所以， 导．使学生自治向着健康的方向发展 必须使学生时常练习自治的道理 久而久之．习惯成自然，他们也就能 学生自治要注意抓好三个环节：一是“选”，就是要选准，配合学生 够自治了。 会．形成校级管理的核一ｉｆ，力量。这是学生自治的重要一环，可以采用即 学生自治适应学生的需要。学校所定的规则，所办的事情，不免有 兴演讲、老师发现、同学们推荐等途径筛选出一支精英团队，让他们自 与学生隔阂的 有的时候．我们为学生做的事情越多，越是不利于学 己组织，自行管理。 生。因为规则不管怎么精细、周到．总有不如人之处。我们与学生的经 二是“责”，对选拔出来的学生要明确职责，责任到人，管理到位． 验不同．成长环境不同．所以合乎我们意志的．未必合乎学生的意志。 增强他们的责任 ｆｉ，和使命感．让他们带动其他学生形成人人人有事 若是开放出去．划出一部分事情来．让学生自己治理，或许应该更加可 做．事事有人管．时时有人管的良好的自治格局。 行．如上课、自习的纪律，学校的卫生等让学生自己管理，也避免了许 三是“放”，就是要放手让他们去锻炼．让他们逐步摆脱依赖性，大 多让老师左右为难的事。如在上课时，有个别不自觉的同学说话，老师 胆工作．有创造性的开展工作，充分施展自己的才能。对于工作有起色 管不起作用．老师也就会失去信 ｌｆ， 若能采取学生自治，则学校风气就 的学生。要树形象、树威信，使他们能在全校学生中有自豪感。 会有大的进步。按照旧的方法，学生有过失，都要老师去纠正，这样存 总之．学生自治对于学校来说是一件重要的事情。我们要想得到 在不少弊端：①老师在的时候学生就规规矩矩．老师不在的时候就肆 理想的效果，必须当做大事来抓，当学问研究，方可取得良好的效果， 无忌惮。②大多数学生认为有老师负责，我何必多事，抱着“事不关己， 从而达到学生和教师关系和谐．学生的行为和校规相和谐．构建一个 高高挂起”的态度。纵然看见同学为非，不守纪律，也只是视而不见。所 和谐的校园 ● 以一人司法．大家避法。我们要想大家遵规守纪，就必须使每个人的行 为都对大家负责．那就是要共同自治。 ［责任编辑：杨玉洁］ （上接第８０页）生做科研项目提供新思路，达到培养创新型人才的目 的。 【参考文献】 ６结束语 ［１］赵小娟新形势下材料成型专业应用型人才培养探油Ｊ１．科技视界，２０１３（１３）：８５． ［２］徐峰，刘艳，冯小明，等．材料成型及控制工程专业创新￣ＪＪ￣Ａ才培养模式改革 新形势下．材料成型及控制工程专业创新型人才的培养不仅仅要 研究 ．２０１３，３４（３）：４７１—４７３． 加强原有专业的理论核心课程内容．更要进一步侧重实践课程。需要 ［３］黄放．材料成形及控制专业的人才培养及教学体系建设【Ｊ Ｊｌ铸造技术．２００４（９）： ７３２—７３４． 科学定位人才培养目标、创新人才培养模式、立足本地、加强校企合 作、协作科技创新平台，还需要与时俱进，紧随时代步伐，适应新形势 ［４］索忠源，姜峰，王鑫，等．材料成型及控制工程专业应用创新型人才培养模式探 索『Ｊ１．中国冶金教育，２０１４（６）：１１－１４． 新需求．完善创新应用型人才培养的目标与内容，使专业学生真正的 具有创新能力，创新意识，为企业、为社会贡献自己的一份力量。● 【责任编辑：曹明明］ （上接第１０８页）（７）Ｒｉｎｇ—Ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ算法 来说相对单一化．也就是说每一种算法针对的只是某一个问题．或者 上算法都是有信标节点的定位算法．曾有人提出了一些没有信标 某一种特定的场景 在实际生活中．一单环境发生变化，该算法就会出 节点的定位算法如ＳＰＡ算法．这种算法主要是建立全局坐标系来估 现较大误差．甚至不再适用。因此为了适应复杂多变发的环境．我们应 算未知节点的位置．但是这种算法复杂度非常高．不适合用于大规模 该研制出更多种类的定位算法或者定位系统 另外．安全隐患也是另一 网络，也有人提出针对ＳＰＡ算法的改进算法．如ＳＤＧＰＳＮ算法。 个需要研究的内容．一方面是需要节点的位置信息，另一方面．透露节 还有一部分人提出了一些其他的算法．比如ＡＦＬ算法．其利用的 点的位置信息．就会造成网络安全问题 解决这一问题的最好途径就是 是局部估算方法 还有人提出了基于分簇的定位算法。 对信息进行加密。因此，无线传感器定位技术的研究任重而道远。● ３无线传感器网络定位存在的问题 ［责任编辑：杨玉洁］ 无线传感器网络定位技术虽然在众多领域中应用．但其应用环境 ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ。ｌ。ｇｙ Ｖｉｓｉ。ｎ科技视界Ｉ ２１ １
