无线感知网络定位算法国内外研究现状和发展趋势

获得位置服务的核心支撑技术是定位,在定位手段上,逐步开展对卫星、地面移动网基站以及局域无线传感等多种定位技术的综合应用。


1、国内外研究水平

随着导航与位置服务网的推广,大众对于高精度的位置服务需求日益增加。无缝一体化智慧交通、智慧商场、智慧旅游和环境监测等行业应用需求也推动着导航与位置服务系统建设。国外在高精度位置服务方面发展比较成熟,如在旅游、交通管理和室内位置服务等领域开展了相应的位置服务网络建设与终端研发。国内位置服务近几年发展迅猛,在政府的引导和支持下,以定位导航技术为核心,加上移动互联网的快速发展,位置服务的范围和行业支持不断拓展在终端领域也取得长足的进步[4]。而无线感知网络因其可快速展开、抗毁性强、监测精度高、覆盖区域广等优点,在国防军事、工农业、城市管理、环境监测、危险区域远程控制等许多领域的位置服务需求中成为必备的底层基本信息采集技术。针对基于无线感知网络位置服务的研究,主要集中在对随机网络的的定位算法研究方面[5]。

在已开发的无线感知网络定位算法中,DV-Hop算法[6]具有算法简单,实现简单,可扩展性强,能效高等优点。成为无线传感器网络应用中基于距离估计最广泛使用的位置估计算法。但是,根据 DV- Hop方法的定位思想,当网络节点布设较密集且均匀,网络拓扑基本各向同性时,可获得较合理的平均每跳距离校正值,定位精度较可靠,而在实际的应用环境中,节点往往随机布设,网络拓扑易表现为各向异性,则 DV- Hop方法的距离估计方式存在误差较大的问题,进而,因所采用的定位算法对测距误差敏感,难以取得精确的定位结果,在满足实用需求层面仍然有很大的提高空间。

在保持DV-Hop算法优势的前提下,如何提高测距精度和有效利用信标节点资源是一个值得研究的问题。许多学者提出了基于经典DV-Hop方法的各种改进策略,以提高其对各种应用环境的适应性。在国内外文献汇总的基础上,可将DV-Hop类方法实现节点定位的步骤归纳为两步:距离估计与位置计算,并根据这一线索对现有改进方法进行分类,可分为三类:①只针对距离估计步骤进行改进,如文献[7]所列;②只针对位置计算步骤进行改进,如文献[8]所列;③对两个步骤都有改进,如文献[9]所列。在第一种改进中,现有改进方法试图通过算法找到从整个网络中的未知节点到所有信标的平均跳跃距离。不符合网络各向异性的特点,一般需要对节点布设密度、信标比例及网络拓扑做出特殊限定才能达到改善的目的;第二类改进,假设了所获得的测距的精确性,以距离作为约束条件搜索未知节点最优的坐标值,理论上,定位精度优于传统DV-hop方法,但实际距离无法准确测量。第三类改进方法在思路上较之前面两类更为合理,在特定的实验环境下都取得了较好的定位精度,为本文提供了良好的思路借鉴,但在测距改进中过程中仍然存在第一类改进的问题,仿真实验结果只给出最后优化所得坐标结果,关于测距阶段是否实际提高了测距精度,没有进行定量分析。

2、发展趋势

LBS(位置服务)是物联网的基本服务之一, 随着移动通信技术、网络技术和3S技术的发展,基于地理位置的服务已经成为现代地理信息产业的重要组成部分,并逐渐成为其中最大的增长点[10]。现代人的生活和工作离不开电脑、手机等智能终端设备,因而,对位置信息的需求具有了现实的可能性与迫切性。LBS 正是移动互联网与3S 技术紧密结合的产物。当然,未来LBS 技术的发展和进步,还需要克服大量的瓶颈与难题,主要体现在定位技术和空间分析系统的真正实现与应用,完善的定位模型与大数据挖掘算法的研发,以及网络、信息的管理和调度能力等方面。但随着这些难题的逐个克服,未来的LBS 将大大超出现有的基础和范畴,变得更为先进和多样化。