WSN中免測距距離估計算法的實現(xiàn)與比較

摘要 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點定位技術(shù)是保證其他應(yīng)用有效的基本功能，而定位過程可分為距離估計和位置計算兩個階段。文中就距離估計階段介紹了Sum-Dist、DV-Hop以及Euclidean算法，并在Matlab中仿真實現(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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；距離估計；Sum-Dist；DV-Hop；Euclidean

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)的出現(xiàn)對于許多應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要意義，因此，其吸引了越來越多的研究者。近年來，微電子、無線通信和計算等技術(shù)的進步推動了傳感器的快速發(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，并引起國際學術(shù)界和工業(yè)界的重視，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
無線傳感器節(jié)點在部署時往往是不可控制的，如在大型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點通常被撒播在廣泛的區(qū)域之中，而其中大部分節(jié)點的位置不能事先確定。然而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動尤為重要，沒有位置信息的監(jiān)測消息是毫無意義的。對于一些突發(fā)事件，事件監(jiān)測到之后所關(guān)心的一個重要問題就是事件發(fā)生的位置信息。如需要告知火災(zāi)的發(fā)生地點、戰(zhàn)場上車輛運動的區(qū)域、天然氣管道泄漏的具體地點等；又如在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中，需要獲取采集信息所對應(yīng)的物理位置。
因此，節(jié)點的定位問題已成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要研究方向。傳感器節(jié)點的自身定位是一種通過估計距鄰居節(jié)點的距離或鄰居數(shù)目，并利用節(jié)點間的信息交換來確定各節(jié)點自身位置的機制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)定位過程中是否實際測量節(jié)點間的距離，把定位機制分為：基于測距的(Range-based)定位和距離無關(guān)的(Range-free)定位方法。
由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其能源有限，節(jié)點的通信能力、計算能力相對較弱，而節(jié)點數(shù)量較多，導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、可擴展性、魯棒性等指標。而Range-free算法則僅利用節(jié)點間距離的關(guān)聯(lián)關(guān)系來計算目標節(jié)點位置。定位精度較Range-based算法稍差，但由于其降低了對節(jié)點硬件的要求，相對更適于無線傳感器網(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)過如圖1所示的定位過程：

1 免測距距離估計算法
1．1 Sum-Dist算法
Sum-Dist算法是距離估計算法中較簡單的方法，其主要思想是將網(wǎng)絡(luò)泛洪過程中的每跳距離相加，以此作為兩個節(jié)點間的距離。從錨節(jié)點開始，該錨節(jié)點會廣播一條包含自身標志、位置信息、并將路徑長度置為0的消息。每個接收該消息的節(jié)點都會將測量距離加到路徑長度上，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)于同一個錨節(jié)點的消息兩次或多次廣播至未知節(jié)點，即僅在當前路徑長度小于以前路徑長度時，才允許繼續(xù)廣播。這樣，最終結(jié)果就是每個節(jié)點都儲存了每個錨節(jié)點的位置以及到達該錨節(jié)點跳數(shù)最少的距離。

圖2是一個簡單的Sum-Dist算法模型，節(jié)點A到錨節(jié)點1只有一條路徑，且僅有一跳，距離為5；到錨節(jié)點2也只有一條路徑，距離為5+6+6= 17；到錨節(jié)點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。