【《基于无关的定位算法概述》2100字】

基于无关的定位算法概述在与距离无关的定位算法中，不需要对无线传感器节点的角度或者距离关系进行测量，它对未知节点的位置坐标进行计算或估计时运用网络整体的连通性，与距离无关的定位算法可以降低网络的整体的能量损耗，进而提高无线传感器网络的寿命和整体的性能。常见的与距离无关的定位算法有质心定位算法[21]、APIT定位算法、凸规划定位算法和DV-HOP算法。（1）质心定位算法在这种定位算法中，必须首先发送广播信号，在此之前，必须预先设置信标节点的信号发送周期，并且位置坐标及其标识号必须存储在要发送的广播数据包中。根据设置的信号传输周期传输广播数据包。接收到广播信号后，未知节点会自动存储每个信标节点发送的接收到的广播数据包，然后将计数器加一。如果时间超过未知节点设置的时间阈值，则认为该未知节点已从信标节点接收到所有广播数据包。最后，在确定中心位置的过程中，未知节点将所有信标节点的位置坐标配置为N多边形，并将N多边形的中心视为未知节点的位置。如图1.7所示，节点O(xo,yo)为未知节点，A1(x1,y1)、A2(x2,y2)、A3(x3,y3)，…，An(xn,yn)为未知节点的邻居节点，未知节点在锚节点组成的多边形的质心上，，因此未知节点的坐标为：QUOTE&xo=1ni=1n由图1.8质心定位算法坐标示意图可以看出，该算法的本质是来自信标节点的所有广播信号都可以被未知节点接收。中心位置算法的优点是无需在未知节点和信标节点之间执行。频繁通信，算法流程相对简单，并且在许多非范围算法中，它相对易于实现。然而，该算法在实施过程中将信标节点发送的广播信号视为理想的无线电信号，并且监视区域通常处于更复杂的环境中。当广播信号在真实环境中传播时，会发生干扰，折射和反射，这会导致算法实现中的错误。从图中可以看出，信标节点越多，算法的精度越高，但是无线传感器网络的整体成本却增加了，维护成本也增加了。图1.8质心定位算法坐标示意图（2）APIT定位算法在APIT定位算法中[22]，所有锚节点发送广播信号，未知节点收到信号后，从所有锚节点中随机抽取三个锚节点，组成三角形，并判断未知节点是否在这个三角形内，若不在，则摒弃这个三角形，若在，则保存这个三角形位置信息，直到取完所有的锚节点或者定位精度已经达到就停止。设有n个锚节点，则一共可以组成个三角形。将所有存储的三角形重叠，可以组成一个多边形区域，将多边形的质心作为未知节点的位置。如图1.9所示APIT定位算法原理示意图。APIT定位算法的关键问题在于如何确定未知节点是否在三角形内，如图1.9（a）APIT算法判断节点是否在三角形内部的示意图，若未知节点O向方向a移动，则节点O收到的节点A发来的信号增强，节点B、C发来的信号减弱，同理，当节点O分别向方向b、c、d移动时，既有增强的信号，又有减弱的信号，这样就可以认为节点O在三角形ABC内。如图1.9（b）APIT算法判断节点是否在三角形内部的示意图，当未知节点O向方向b移动时，节点O收到的信号都会减弱，此时就可以认为节点O在三角形外部。但是在实际环境中，由于节点分布不均，会存在特殊情况，在图1.9（a）中，当未知节点向方向b移动时，收到的节点A、B、C发来的信号都会减弱，但实际上节点O会影响定位的精度。图1.9（a）APIT定位算法原理示意图图1.9（b）APIT算法判断节点是否在三角形内部的示意图（3）凸规划定位算法凸规划算法的前提是保证无线传感器网络的节点之间的互通性，可以让无线传感器节点在几何上构成约束关系，整个传感器网络就形成了凸集几何图形，这样传感器的定位问题就转化成了求几何关系最优解的问题[23]。凸规划定位算法使用的条件是未知节点在多个信标节点的通信半径内，未知节点就被约束在锚节点的通信半径内，如图1.10凸规划定位算法示意图，节点O为未知节点，它在信标节点A1、A2、A3的通信半径内，因此就有：∥U−B其中R为通信半径。图1.10中的阴影区域就是未知节点的可能存在区域，求出顶点a、b、c、d的坐标，最后求出由a、b、c、d组成的矩形的质心，质心的位置就是未知节点的位置。如果几何的约束条件越小，算法精度就会相应地提高。在该算法实现的过程中，为了尽可能多地使用约束条件，信标节点要尽量部署在无线传感器网络的边缘部分，当无线传感器节点距离网络的中心越来越远时，该算法的定位的误差就会相应地增加。图1.10凸规划定位算法示意图（4）DV-HOP定位算法在DV-HOP定位算法中，先由锚节点发送广播信号给所有传感器节点，未知节点在收到该广播信号后进行存储然后转发，最终监测区域内的所有传感器节点都收到了这个广播信号。未知节点在收到该广播信号后，先计算该信号在传播过程中的最小跳数，然后计算每一跳的平均距离，锚节点与未知节点的相对距离等于平均跳距乘以最小跳数。最后，未知节点的位置可以由三边测量法或者极大似然法计算得到[24]。如图1.11DV-HOP原理示意图所示。节点A、B、C是信标节点，可以根据图中的已知信息计算节点的平均跳距QUOTE（20+57）/（2+5）节点O与节点A的距离：节点O与节