WSN中免測距距離估計算法的實現與比較

摘要 在無線傳感器網絡中，節點定位技術是保證其他應用有效的基本功能，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，最后分析比較其結果表明，各算法在響應的環境中具有良好的表現，和一定的提升空間。
關鍵詞 無線傳感器網絡；距離估計；Sum-Dist；DV-Hop；Euclidean

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)的出現對于許多應用領域都具有重要意義，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的進步推動了傳感器的快速發展，使得已經在體積和短距離通信方面有優勢的傳感器又向低成本、低功耗和多功能方面發展并逐漸成熟，并引起國際學術界和工業界的重視，被認為是對21世紀產生巨大影響力的技術之一。
無線傳感器節點在部署時往往是不可控制的，如在大型無線傳感器網絡中，節點通常被撒播在廣泛的區域之中，而其中大部分節點的位置不能事先確定。然而，無線傳感器網絡中，節點的位置信息對傳感器網絡的監測活動尤為重要，沒有位置信息的監測消息是毫無意義的。對于一些突發事件，事件監測到之后所關心的一個重要問題就是事件發生的位置信息。如需要告知火災的發生地點、戰場上車輛運動的區域、天然氣管道泄漏的具體地點等；又如在環境監測應用中，需要獲取采集信息所對應的物理位置。
因此，節點的定位問題已成為無線傳感器網絡的一個重要研究方向。傳感器節點的自身定位是一種通過估計距鄰居節點的距離或鄰居數目，并利用節點間的信息交換來確定各節點自身位置的機制。無線傳感器網絡中，根據定位過程中是否實際測量節點間的距離，把定位機制分為：基于測距的(Range-based)定位和距離無關的(Range-free)定位方法。
由于無線傳感網絡不同于傳統網絡，其能源有限，節點的通信能力、計算能力相對較弱，而節點數量較多，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算法則僅利用節點間距離的關聯關系來計算目標節點位置。定位精度較Range-based算法稍差，但由于其降低了對節點硬件的要求，相對更適于無線傳感器網絡中的定位。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，其主要思想是將網絡泛洪過程中的每跳距離相加，以此作為兩個節點間的距離。從錨節點開始，該錨節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，將該消息再次在網絡中廣播。如果關于同一個錨節點的消息兩次或多次廣播至未知節點，即僅在當前路徑長度小于以前路徑長度時，才允許繼續廣播。這樣，最終結果就是每個節點都儲存了每個錨節點的位置以及到達該錨節點跳數最少的距離。

圖2是一個簡單的Sum-Dist算法模型，節點A到錨節點1只有一條路徑，且僅有一跳，距離為5；到錨節點2也只有一條路徑，距離為5+6+6= 17；到錨節點3有兩條路徑：A-D-3以及A-D-E-3，需選擇跳數最少的路徑，即A-D-3，距離為7+7=14。