无线传感网络分段线性融合定位算法-AET-电子技术应用

无线传感网络分段线性融合定位算法

网络安全与数据治理 4期

李锋，魏楚强

(广东交通职业技术学院，广东广州510650)

摘要： 为实现对移动节点精确定位，提出一种基于APIT-3D的移动节点定位模型和算法，综合3D-DVHop跳段距离和RSSI测距技术，在计算内测点与最近椎面距离基础上，利用与椎体成形体积判断内测点位置，有效避免“In-To-Out”和“Out-To-In”两类错误产生。在确定椎体重叠区域后，通过最小二乘法结合空间分段线性融合方式计算节点位置。仿真实验证明，该分段线性融合定位算法对移动节点定位在百分之25th，50th和75th定位偏差值分别为1.81 m，2.45 m和3.32 m，并能判断运动趋势，追踪移动目标，描述运动轨迹。该算法为无线传感网络定位提供了算法借鉴和创新。

关键词： 无线传感网络 APIT-3D In-To-Out Out-To-In 分段线性融合

中图分类号： TP393
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2097-1788.2022.04.011
引用格式：李锋，魏楚强. 无线传感网络分段线性融合定位算法[J].网络安全与数据治理，2022，41(4)：72-77.

A piecewise linear fusion localization algorithm for wireless sensor networks

Li Feng，Wei Chuqiang

(Guangdong Communication Polytechnic，Guangzhou 510650，China)

Abstract： In order to achieve accurate positioning of mobile nodes, a mobile node positioning model and algorithm based on APIT-3D is proposed, which integrates 3D DVHop segment skipping distance and RSSI ranging technology. On the basis of calculating the distance between the internal measurement point and the nearest vertebral surface, the position of the internal measurement point is judged by the volume of vertebroplasty, effectively avoiding the "In To Out" and "Out To In" errors. After determining the overlapping region of the vertebral body, the node position is calculated by the least square method combined with the spatial piecewise linear fitting. Simulation results show that the proposed algorithm can locate mobile nodes at 25th, 50th and 70th with the deviation values of 1.81 m，2.45 m and 3.32 m respectively, and can judge the motion trend, track the moving target and describe the motion trajectory, providing algorithm reference and innovation for wireless sensor network location.

Key words : wireless sensor networks；APIT-3D；In-To-Out；Out-To-In；segmental linear fitting

0 引言

无线传感网络是一种由大量传感节点构成的无线多跳式自组织网络。由于节点采集到的环境信息通常与其自身位置相关，如何实现对节点的精确定位是其首要解决的关键问题。在三维立体空间中，要实现对未知节点定位，至少需要三个立体空间锚节点坐标。基于此原理，业界提出三维跳段距离向量3D-DVHop算法、基于接收信号强度的RSSI-3D算法、近似球形内点测试APIS-3D算法和近似三角形内点测试APIT-3D算法等。在以上经典算法中，3D-DVHop算法定位原理与二维平面类似，会因相邻节点接力的“绕弯”现象导致平均跳距误差较大，定位精度较低；RSSI-3D算法将未知节点采集到的指纹特征与数据库进行最近匹配以估算节点坐标，但RSSI接收信号强度易受环境信号波动和多径衰减影响，定位结果随机性较大；APIS-3D算法利用节点自身存储本地位置信息，定位精度对节点密度依赖过大，当节点分布不均时定位精度不高；APIT-3D算法通过计算四面三棱椎体重叠区域质心来计算节点坐标，算法成熟，平均定位精度较高，但容易陷入“In-To-Out”和“Out-To-In”两类内测点测试错误，导致边缘节点定位偏差较大。根据APIT算法，目的节点需要判断是否处于其附近任意三个锚节点所组成的三角形中，“In-To-Out”和“Out-To-In”错误就是目的节点对所处三角形区域的两种误判形式。

由于三维空间定位比传统二维平面复杂很多，算法目前尚属改善阶段，无法在移动环境中对节点进行精确定位。然而，传感节点会随机部署在某一三维区域，并会随周围环境变化而变换位置。如何在现有二维平面定位算法基础上，延伸至三维空间，并对其内移动节点精确定位，是目前无线传感网络研究的难点。

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作者信息：

李锋，魏楚强

(广东交通职业技术学院，广东广州510650)

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