【正文】 法有質(zhì)心算法，DVHop算法，APIT定位算法。質(zhì)心算法的原理是通過獲取網(wǎng)絡中節(jié)點間的連通關系來佔算連通節(jié)點問的距離，從而進一步利用連通節(jié)點組成的兒何圖形質(zhì)心來估算H標節(jié)點坐標。DVHop算法能夠通過多跳傳輸獲取到目標節(jié)點無線覆蓋范圍之外的信標節(jié)點的數(shù)據(jù)，從而獲取到更多的有用信息。APIT定位算法是將錯節(jié)點的區(qū)域劃分成一個個三角形區(qū)域，通過判斷未知節(jié)點位于哪些三角形區(qū)域內(nèi)，進一步縮小定位范圍。利用描節(jié)點本身的坐標即可進一步得出目標點的位置。目前常用的測距方式有接收信號強度、紅外線、超聲波以及GPS，這四種測距方式的性格比較如表21所示：表21 常用測距方式的比較測試方式RSSI紅外線超聲波GPS額外硬件無有有有硬件成本低低高高測距誤差0~3m0~5m0~10cm0~10m由表21可以得知，除RSSI外的其他三種測距方法，都需要節(jié)點安裝相應固件，提高了本身的體積和價格；GPS技術有其局限性，更適用于戶外定位，小范圍的定位并不可靠；紅外線技術的測距精度比較低，而超聲波的測距成本較高；基于RSSI的測距技術則被廣泛應用，并且市場是大多數(shù)節(jié)點本身就可以完成對RSSI的獲取，易于實現(xiàn)，因此基于RSSI的測距技術是WSN中最常用的技術。 RSSI定位算法RSSI定位算法是已知節(jié)點發(fā)射信號強度，接收節(jié)點測量接收到的該信號的強度，并計算傳播過程中的損耗，使用理論或經(jīng)驗的信號傳播衰減模型將傳播損耗轉(zhuǎn)換為距離，再利用已有的算法計算出節(jié)點的位置。比較典型的應用如RADAR、SpotON。雖然在實驗環(huán)境中RSSl定位方法表現(xiàn)出良好的特性。但在實際應用中，由于反射、多徑傳播、NLOS和天線增益等問題都會產(chǎn)生顯著的傳播損耗和較大的誤差，因此RSSI技術定位誤差較大[1]?；?RSSI 的定位算法利用信號傳輸過程中的衰減模型來計算錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離，然后利用所測量的距離來實現(xiàn)未知節(jié)點的定位。由于傳感器網(wǎng)絡節(jié)點自帶 RSSI 指示的功能，定位算法不會增加硬件消耗，應用成本比較低，因而得到廣泛的應用。圖 基于 RSSI 的定位算法原理示意圖如圖 所示，無線傳感器已知三個錨節(jié)點的位置信息，U表示未知節(jié)點的真實位置信息，U’表示通過RSSI測量計算出來的位置信息。通常情況下，錨節(jié)點發(fā)送的廣播信號傳輸?shù)轿粗?jié)點的過程中，會受到環(huán)境和多路徑的影響，導致信號傳輸過程中產(chǎn)生衰減現(xiàn)象，未知節(jié)點收到的錨節(jié)點發(fā)送的信號強度會受到一定的影響。這種信號衰減會存在一定的規(guī)律性，通過測量未知節(jié)點接收的信號強度能夠估算錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離。信號的衰減模型表示如下： （21）其中n表示環(huán)境因子，它是隨著未知節(jié)點與錨節(jié)點之間距離的增加而路徑損耗的指數(shù)，一般取值范圍為24之間。本公式的計算單位為dB，PL(d)表示距離錨節(jié)點d處接收到的信號的功率；PL(d0)表示一個經(jīng)驗值，d0表示一個參考距離，即距離為d0接收到的信號功率。ζ表示與傳播距離無關的高斯噪音，通常稱之為遮蔽因子。在環(huán)境因子和遮蔽因子已知的前提下，通過對未知節(jié)點接收功率的測量及其兩點之間的距離計算，其RSSI ：圖 RSSI 信號傳輸模型示意圖 由于不同的無線傳感器網(wǎng)絡定位的應用環(huán)境的不同，無線傳感器網(wǎng)絡的目標監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境因子和干擾因子也不盡相同。上述提到的RSSI 測量中環(huán)境因子的經(jīng)驗值變化范圍多在 24 之間，是綜合室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的平均范圍。室內(nèi)環(huán)境因子的經(jīng)驗值在 之間。：圖 環(huán)境因子與功率之間的關系圖基于TOA的定位算法是一種利用測量來自錨節(jié)點信號到達的時間來進行定位的一種算法。首先錨節(jié)點將發(fā)送時間設置在廣播信號中，并發(fā)送廣播信號，未知節(jié)點接收到錨節(jié)點發(fā)送的廣播信號并確定信號到達的時間，最終通過發(fā)送時間和接收時間來計算信號傳播的時間，然后在利用信號傳播速度來計算未知節(jié)點與錨節(jié)點之間的距離，最后利用三邊測量法來實現(xiàn)計算出未知節(jié)點的坐標。TOA方法定位精度相對較高、但是需要錨節(jié)點與未知節(jié)點之間保持嚴格的時間同步，這對于硬件系統(tǒng)的要求比較高，因此對整個傳感器網(wǎng)絡的成本要求較高[4]。： 圖 基于 TOA 的定位算法原理示意圖此外，從二維平面角度來研究節(jié)點到達時間定位算法需要至少在通訊半徑之內(nèi)的三個錨節(jié)點。：圖 在二維平面的 TOA 定位原理示意圖其中r表示未知節(jié)點到錨節(jié)點的距離，而t表示信號從錨節(jié)點到未知節(jié)點的時間。C表示無線信號在介質(zhì)中的傳播速度，C是常數(shù)。設A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)為三個錨節(jié)點的坐標，未知節(jié)點的坐標設為 P(x，y)。測量的距離可以表示為如下： （22）將上三條公切弦屮任意兩條組合求交點，即可得到待測點P的估計坐標?；赥DOA的定位算法是一種基于測量錨節(jié)點到達未知節(jié)點的時間差來計算未知節(jié)點的位置的定位算法。在該算法中，錨節(jié)點首先設置兩種不同頻率的無線信號，然后同時廣播出去。由于這兩種信號在傳輸過程中的速度不一樣，因此到達未知節(jié)點的時間也不相同，可以根據(jù)這種時間差來計算錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離，通過三邊測量法來計算未知節(jié)點的位置坐標信息?；?TDOA的定位算法最大的特點是定位的精度高、誤差小。但同時監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境對于信號傳輸?shù)挠绊懣赡苡行Фㄎ坏木取?圖 TDOA 原理圖（一）基于TDOA的定位算法與TOA方法相似，但是該算法有兩種方式進行定位計算，第一種就是采用發(fā)送兩種無線信號，并利用未知節(jié)點的時間差來進行定位，常用的無線信號包括無線電波和超聲波。這種方法的最大支出在于需要在節(jié)點中增加接受兩種信號的接收裝置，從而會增加傳感器節(jié)點的硬件設計的復雜度，相應的制作成本也會隨之增加。該算法的原理如圖所示，錨節(jié)點a在 To時刻發(fā)送無線電波，未知節(jié)點b在T1時刻接收到a發(fā)送的無線電波。錨節(jié)點a在T2時刻發(fā)送超聲波，未知節(jié)點b在T3時刻接收到a發(fā)送的超聲波信號。通過錨節(jié)點a的發(fā)送時間To、未知節(jié)點b接收時間T錨節(jié)點a的發(fā)送時間T2和未知節(jié)點b接收時間 T3 以無線電信號的傳播速度VRF和超聲波的傳播速度VUS就可以計算出錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離。另外一種測量方式就是測量兩個不同的錨節(jié)點發(fā)送過來的無線信號的時間差來進行定位計算。與第一種方式最大的不同在于這種方式只需要發(fā)送一種無線信號，對于硬件成本有所降低。最大的缺點在于要求錨節(jié)點時間的同步性。：圖 TDOA 原理圖（二），r12表示錨節(jié)點1到未知節(jié)點的距離減去錨節(jié)點2到未知節(jié)點的距離。r23表示錨節(jié)點2到未知節(jié)點的