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