WSN中免測(cè)距距離估計(jì)算法的實(shí)現(xiàn)與比較

摘要 在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是保證其他應(yīng)用有效的基本功能，而定位過(guò)程可分為距離估計(jì)和位置計(jì)算兩個(gè)階段。文中就距離估計(jì)階段介紹了Sum-Dist、DV-Hop以及Euclidean算法，并在Matlab中仿真實(shí)現(xiàn)，最后分析比較其結(jié)果表明，各算法在響應(yīng)的環(huán)境中具有良好的表現(xiàn)，和一定的提升空間。
關(guān)鍵詞 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；距離估計(jì)；Sum-Dist；DV-Hop；Euclidean

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)的出現(xiàn)對(duì)于許多應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要意義，因此，其吸引了越來(lái)越多的研究者。近年來(lái)，微電子、無(wú)線通信和計(jì)算等技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了傳感器的快速發(fā)展，使得已經(jīng)在體積和短距離通信方面有優(yōu)勢(shì)的傳感器又向低成本、低功耗和多功能方面發(fā)展并逐漸成熟，并引起國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在部署時(shí)往往是不可控制的，如在大型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常被撒播在廣泛的區(qū)域之中，而其中大部分節(jié)點(diǎn)的位置不能事先確定。然而，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的位置信息對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)尤為重要，沒(méi)有位置信息的監(jiān)測(cè)消息是毫無(wú)意義的。對(duì)于一些突發(fā)事件，事件監(jiān)測(cè)到之后所關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題就是事件發(fā)生的位置信息。如需要告知火災(zāi)的發(fā)生地點(diǎn)、戰(zhàn)場(chǎng)上車輛運(yùn)動(dòng)的區(qū)域、天然氣管道泄漏的具體地點(diǎn)等；又如在環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，需要獲取采集信息所對(duì)應(yīng)的物理位置。
因此，節(jié)點(diǎn)的定位問(wèn)題已成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要研究方向。傳感器節(jié)點(diǎn)的自身定位是一種通過(guò)估計(jì)距鄰居節(jié)點(diǎn)的距離或鄰居數(shù)目，并利用節(jié)點(diǎn)間的信息交換來(lái)確定各節(jié)點(diǎn)自身位置的機(jī)制。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)定位過(guò)程中是否實(shí)際測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的距離，把定位機(jī)制分為：基于測(cè)距的(Range-based)定位和距離無(wú)關(guān)的(Range-free)定位方法。
由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其能源有限，節(jié)點(diǎn)的通信能力、計(jì)算能力相對(duì)較弱，而節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，導(dǎo)致其定位算法必須考慮能源有效性、生命周期、通信延遲、感知精度、可擴(kuò)展性、魯棒性等指標(biāo)。而Range-free算法則僅利用節(jié)點(diǎn)間距離的關(guān)聯(lián)關(guān)系來(lái)計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置。定位精度較Range-based算法稍差，但由于其降低了對(duì)節(jié)點(diǎn)硬件的要求，相對(duì)更適于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位。典型算法有：DV-Hop、
Sum-Dist、Euclidean等。這些定位算法都需要經(jīng)過(guò)如圖1所示的定位過(guò)程：

1 免測(cè)距距離估計(jì)算法
1．1 Sum-Dist算法
Sum-Dist算法是距離估計(jì)算法中較簡(jiǎn)單的方法，其主要思想是將網(wǎng)絡(luò)泛洪過(guò)程中的每跳距離相加，以此作為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離。從錨節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，該錨節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播一條包含自身標(biāo)志、位置信息、并將路徑長(zhǎng)度置為0的消息。每個(gè)接收該消息的節(jié)點(diǎn)都會(huì)將測(cè)量距離加到路徑長(zhǎng)度上，并在泛洪限制許可的情況下，將該消息再次在網(wǎng)絡(luò)中廣播。如果關(guān)于同一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的消息兩次或多次廣播至未知節(jié)點(diǎn)，即僅在當(dāng)前路徑長(zhǎng)度小于以前路徑長(zhǎng)度時(shí)，才允許繼續(xù)廣播。這樣，最終結(jié)果就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都儲(chǔ)存了每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置以及到達(dá)該錨節(jié)點(diǎn)跳數(shù)最少的距離。

圖2是一個(gè)簡(jiǎn)單的Sum-Dist算法模型，節(jié)點(diǎn)A到錨節(jié)點(diǎn)1只有一條路徑，且僅有一跳，距離為5；到錨節(jié)點(diǎn)2也只有一條路徑，距離為5+6+6= 17；到錨節(jié)點(diǎn)3有兩條路徑：A-D-3以及A-D-E-3，需選擇跳數(shù)最少的路徑，即A-D-3，距離為7+7=14。