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摘 要：随着经济社会的发展和信息技术的快速飞跃，无线传感技术已经深入到了人们生活的方方面面。无线传感器网络是由大量结构简单、廉价的传感器节点以自组织方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中被检测对象的信息，并传递给观察者，其在工业、军事、环境等领域具有广泛的应用。本文主要针对无线传感器定位网络进行研究，在此基础上对无线传感器网络的发展方向进行了讨论。
关键词：无线传感器；定位；网络
无线传感器定位网络目前已经得到了广泛的应用。无论是在军事国防、工农业领域，还是在生物医疗、环境监测、抢险救灾领域，无线传感器定位网络都收到了良好的效果。现在国内外的学术界和工业界的很多人都把目光聚集在了无线传感器网络技术的进一步开发和利用上，无线传感器定位网络已经产生了巨大的使用价值，它被认为是将对21世纪产生重大影响的科技之一。
一、无线传感器定位网络的技术特点
1.1无线传感器网络所使用的传感器耗能少、体积小、价格低、集成度高
无线传感器网络技术并不是简单的将原有的传感器通过无线网络连接在一起。微机电系统技术和低耗能电子技术的不断发展，成就了新型的传感器节点。这些新型节点耗能少、体积小、价格低，并且具有微型的传感器、执行器和处理器等多种功能部件。和以前的传统传感器相比，无线传感器网络节点的优势更加明显，具有能少、体积小、价格低、集成度高等传统传感器无法比拟的特点。
1.2无线传感器网络的节点分布更为密集
无线传感器网络的一个重要特点就是在需要进行监测的范围内密集的放置数量较多的相同或是不同类型的传感器节点。通过这种密集的节点布置，可以将获取区域更详细的信息或是对统一对象获取多个角度的信息，然后将获取的大量信息进行处理，从而提高监测的精准程度，降低对单一传感器节点的精度要求。通过在监测区域设置了密集的节点，其中一部分节点并不必要，这些冗余的节点会产生一定的容错能力，从而降低了对某一个单一节点稳定性的要求。除此之外，密布的节点还可以让各个节点得到合理的休息和调整，从而延长整个无线传感器网络的使用寿命。
1.3无线传感器网络采用的是自组织网络环境
无线传感器网络的自组织性质是由自身的特点所决定的。第一，无线传感器网络使用过程中往往没有固定的网络提供支持；第二，无线传感器网络的传感器较多，布置地点随机进行选择，其具体的相对位置关系无法提前确定；第三，传感器受外界环境或是自身因素影响，可能会出现失效情况，亦或是出于增加精度和弥补失效节点的目的，在监测中途增加补充一些新的节点，无线传感器网络处于一个动态的变化之中。由于以上所述的三点原因，无线传感器网络需要节点之间自动进行管理和调节，从而适应不断变化的各种环境，保证无线传感器网络整体工作的连续性与高效性。 二、无线传感器网络定位算法分类
2.1无参考节点算法和有参考节点算法
无参考节点算法无预先位置信息，根据局部距离值来定位。已公开的算法有AFL算法和ABC算法；有参考节点算法依赖于一些位置已知的节点，需要先定位参考节点，为减小定位误差，参考节点数目还要尽量多。目前除AFL和ABC两种无参考节点算法外，其余均属有参考节点算法，如Terrain算法、HopTerrain算法、GPS-Free算法等。
2.2集中式算法、增量式算法和分布式算法
集中式计算是指把所需信息传送到某一中心节点，并在那里进行节点定位计算的方式，典型的集中式算法有凸规划、MDS-MAP算法[7]、质心定位算法、APIT算法等；增量式算法从3个或4个已知坐标的中心节点开始，寻找合适的新节点，通过测距来迭代求解，再把这些新节点加入中心节点组，逐步得到所有节点的坐标，ABC算法、协作式多边测量法和AOA算法属此类算法；分布式计算依赖节点间的信息交换和协调，让节点自行计算，除集中式和增量式算法外的其它算法均属分布式定位算法，比较典型的有BoundingBox、DV-Hop、RobustPosition等。
2.5紧密耦合与松散耦合
紧密耦合定位系统是将参考节点仔细地部署在固定的位置，并且通过有线介质连接中心控制器。典型的紧密耦合定位系统有AT&T的ActiveBat系统和ActiveBadge、HiballTracker等。其特点是适用于室内环境，有较高的精确性和实时性，时间同步和参考节点间的协调问题容易解决，但系统的可扩展性受到了限制，代价较大，无法应用于布线工作不可行的室外环境。
三、几种典型算法的比较分析
DV-Hop算法需要较少的参考节点，通信和计算开销适中，不要求节点具备测距能力，是一个可扩展的算法。对于各向同性的密集网络，可得到合理的平均每跳距离，从而能够达到适当的定位精度；但对于网络拓扑不规则的网络，定位精度迅速下降。BoundingBox算法是分布式的，也是可扩展的，每个节点的计算复杂度与网络的规模无关，算法需要较高的参考节点密度，否则定位精度和覆盖度将会很低，适于节点计算能力非常有限的情况。RobustPosition算法可达到较好的精度，节点主要和其一跳邻居节点通信，因而在网络连通度较高的情况下可较好地容忍距离误差，该算法还可扩展。但由于迭代的过程，算法是强计算的，如果初始位置估计非常不准确或误差是相关的，算法可能达不到精确的估计。由于依赖于网络拓扑，该算法可能需要很长的覆盖时间。Eu？clidean算法与DV-Hop算法不同，依赖于局部几何拓扑，适用于网络拓扑不规则的网络，由于数据包只传送两跳，该算法通信开销较小，此外，算法还具有适当的计算开销和定位精度，但算法的覆盖度受参考节点密度和局部几何拓扑的影响较大。APIT算法的定位精确度高，性能稳定，但APIT测试对网络的连通性提出了较高的要求。另外，虽然节点密度对APIT算法影响最小，并且APIT通信量也较小，但它所需参考节点密度最大。
四、无线传感器定位网络研究的热点和方向
4.1通信协议
通信协议可分为三个研究方向：物理层通信协议、数据链路层协议、网络层协议和信息层协议。其中物理层主要研究传感器网络的传输媒体、频段选择、调制方式等，数据链主要研究网络拓扑、信道接入方式、混合结构和Mesb等多种结构。网络层协议主演研究路由协议，传输层协议的研究视为网络提供可靠的数据和恢复功能。
4.2网络管理
网路管理主要分为两种：能量管理和安全管理。能量管理是为了减少节点的耗能，在不降低工作性能的基础上，对网络进行优化，平衡网络的能量消耗；安全管理主要关注的是无线传感器网络的安全问题，包括认证、防干扰信息等。
4.3硬件资源
无线传感器网络的硬件发展方式向市微型化、低成本和新型能源。无线传感器网络微型化主要是要将使用节点的体积减小；降低成本则需要在不影响性能的基础上减少硬件花费；通过太阳能等新能源的开发利用，可以解决无线传感器网络发展中遇到的能源问题。
结束语
无线传感器定位网络的发展对于推动经济社会发展、提高人们的生活水平有着十分重要的意义，同时需要在无线传感器定位网络的应用过程中注意到无线传感器网络的安全性，并且需要采取积极的措施进行预防。
参考文献
[1]屈峰，杨华，王立军.无线传感器网络及其应用[J].四川兵工学报，2013，2.
[2]王福豹，史龙，任丰原.无线传感网络中的自身定位系统和算法[J].软件学报，2005，16（5）
[3]方红雨，崔逊学，刘綦.无线传感器网络的定位问题综述[J].电脑与信息技术，2005（12）：4-5.
关键词：无线传感器；定位；网络
无线传感器定位网络目前已经得到了广泛的应用。无论是在军事国防、工农业领域，还是在生物医疗、环境监测、抢险救灾领域，无线传感器定位网络都收到了良好的效果。现在国内外的学术界和工业界的很多人都把目光聚集在了无线传感器网络技术的进一步开发和利用上，无线传感器定位网络已经产生了巨大的使用价值，它被认为是将对21世纪产生重大影响的科技之一。
一、无线传感器定位网络的技术特点
1.1无线传感器网络所使用的传感器耗能少、体积小、价格低、集成度高
无线传感器网络技术并不是简单的将原有的传感器通过无线网络连接在一起。微机电系统技术和低耗能电子技术的不断发展，成就了新型的传感器节点。这些新型节点耗能少、体积小、价格低，并且具有微型的传感器、执行器和处理器等多种功能部件。和以前的传统传感器相比，无线传感器网络节点的优势更加明显，具有能少、体积小、价格低、集成度高等传统传感器无法比拟的特点。
1.2无线传感器网络的节点分布更为密集
无线传感器网络的一个重要特点就是在需要进行监测的范围内密集的放置数量较多的相同或是不同类型的传感器节点。通过这种密集的节点布置，可以将获取区域更详细的信息或是对统一对象获取多个角度的信息，然后将获取的大量信息进行处理，从而提高监测的精准程度，降低对单一传感器节点的精度要求。通过在监测区域设置了密集的节点，其中一部分节点并不必要，这些冗余的节点会产生一定的容错能力，从而降低了对某一个单一节点稳定性的要求。除此之外，密布的节点还可以让各个节点得到合理的休息和调整，从而延长整个无线传感器网络的使用寿命。
1.3无线传感器网络采用的是自组织网络环境
无线传感器网络的自组织性质是由自身的特点所决定的。第一，无线传感器网络使用过程中往往没有固定的网络提供支持；第二，无线传感器网络的传感器较多，布置地点随机进行选择，其具体的相对位置关系无法提前确定；第三，传感器受外界环境或是自身因素影响，可能会出现失效情况，亦或是出于增加精度和弥补失效节点的目的，在监测中途增加补充一些新的节点，无线传感器网络处于一个动态的变化之中。由于以上所述的三点原因，无线传感器网络需要节点之间自动进行管理和调节，从而适应不断变化的各种环境，保证无线传感器网络整体工作的连续性与高效性。 二、无线传感器网络定位算法分类
2.1无参考节点算法和有参考节点算法
无参考节点算法无预先位置信息，根据局部距离值来定位。已公开的算法有AFL算法和ABC算法；有参考节点算法依赖于一些位置已知的节点，需要先定位参考节点，为减小定位误差，参考节点数目还要尽量多。目前除AFL和ABC两种无参考节点算法外，其余均属有参考节点算法，如Terrain算法、HopTerrain算法、GPS-Free算法等。
2.2集中式算法、增量式算法和分布式算法
集中式计算是指把所需信息传送到某一中心节点，并在那里进行节点定位计算的方式，典型的集中式算法有凸规划、MDS-MAP算法[7]、质心定位算法、APIT算法等；增量式算法从3个或4个已知坐标的中心节点开始，寻找合适的新节点，通过测距来迭代求解，再把这些新节点加入中心节点组，逐步得到所有节点的坐标，ABC算法、协作式多边测量法和AOA算法属此类算法；分布式计算依赖节点间的信息交换和协调，让节点自行计算，除集中式和增量式算法外的其它算法均属分布式定位算法，比较典型的有BoundingBox、DV-Hop、RobustPosition等。
2.5紧密耦合与松散耦合
紧密耦合定位系统是将参考节点仔细地部署在固定的位置，并且通过有线介质连接中心控制器。典型的紧密耦合定位系统有AT&T的ActiveBat系统和ActiveBadge、HiballTracker等。其特点是适用于室内环境，有较高的精确性和实时性，时间同步和参考节点间的协调问题容易解决，但系统的可扩展性受到了限制，代价较大，无法应用于布线工作不可行的室外环境。
三、几种典型算法的比较分析
DV-Hop算法需要较少的参考节点，通信和计算开销适中，不要求节点具备测距能力，是一个可扩展的算法。对于各向同性的密集网络，可得到合理的平均每跳距离，从而能够达到适当的定位精度；但对于网络拓扑不规则的网络，定位精度迅速下降。BoundingBox算法是分布式的，也是可扩展的，每个节点的计算复杂度与网络的规模无关，算法需要较高的参考节点密度，否则定位精度和覆盖度将会很低，适于节点计算能力非常有限的情况。RobustPosition算法可达到较好的精度，节点主要和其一跳邻居节点通信，因而在网络连通度较高的情况下可较好地容忍距离误差，该算法还可扩展。但由于迭代的过程，算法是强计算的，如果初始位置估计非常不准确或误差是相关的，算法可能达不到精确的估计。由于依赖于网络拓扑，该算法可能需要很长的覆盖时间。Eu？clidean算法与DV-Hop算法不同，依赖于局部几何拓扑，适用于网络拓扑不规则的网络，由于数据包只传送两跳，该算法通信开销较小，此外，算法还具有适当的计算开销和定位精度，但算法的覆盖度受参考节点密度和局部几何拓扑的影响较大。APIT算法的定位精确度高，性能稳定，但APIT测试对网络的连通性提出了较高的要求。另外，虽然节点密度对APIT算法影响最小，并且APIT通信量也较小，但它所需参考节点密度最大。
四、无线传感器定位网络研究的热点和方向
4.1通信协议
通信协议可分为三个研究方向：物理层通信协议、数据链路层协议、网络层协议和信息层协议。其中物理层主要研究传感器网络的传输媒体、频段选择、调制方式等，数据链主要研究网络拓扑、信道接入方式、混合结构和Mesb等多种结构。网络层协议主演研究路由协议，传输层协议的研究视为网络提供可靠的数据和恢复功能。
4.2网络管理
网路管理主要分为两种：能量管理和安全管理。能量管理是为了减少节点的耗能，在不降低工作性能的基础上，对网络进行优化，平衡网络的能量消耗；安全管理主要关注的是无线传感器网络的安全问题，包括认证、防干扰信息等。
4.3硬件资源
无线传感器网络的硬件发展方式向市微型化、低成本和新型能源。无线传感器网络微型化主要是要将使用节点的体积减小；降低成本则需要在不影响性能的基础上减少硬件花费；通过太阳能等新能源的开发利用，可以解决无线传感器网络发展中遇到的能源问题。
结束语
无线传感器定位网络的发展对于推动经济社会发展、提高人们的生活水平有着十分重要的意义，同时需要在无线传感器定位网络的应用过程中注意到无线传感器网络的安全性，并且需要采取积极的措施进行预防。
参考文献
[1]屈峰，杨华，王立军.无线传感器网络及其应用[J].四川兵工学报，2013，2.
[2]王福豹，史龙，任丰原.无线传感网络中的自身定位系统和算法[J].软件学报，2005，16（5）
[3]方红雨，崔逊学，刘綦.无线传感器网络的定位问题综述[J].电脑与信息技术，2005（12）：4-5.