基于三边测量法的移动锚节点定位方案
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Mobile anchຫໍສະໝຸດ Baidur node localization scheme based on the trilateral measurement
LIU Chen，NI Xue-li
（ Department of Computer Information and Cyber Security，Jiangsu Police Institute，Nanjing 210031，China）
0 引言
无线传感器网络是一种多跳的自组织网络系 统，它由大量的微型传感器节点组成，节点之间通过 无线的方 式 进 行 通 信［1］。 随 着 人 工 成 本 的 不 断 上 升，生产领域对提高设备自动化水平的需求日益迫 切。在数据采集与处理方面，无线传感器网络具有 比较明显的优势，因此引起了学术界、产业界和各国 政府的普遍关注。目前，无线传感器网络已经与经 济社会发展的各个方面深度融合，在气象监测、抢险 救灾、目标跟踪等领域发挥不可替代的作用［2］。作 为上述应用的重要支撑环节，无线传感器网络节点 定位技术一直是研究的热点。根据定位过程是否需 要测距，节点定位可以分为基于测距的方法和无需 测距的方法［3 － 4］； 根据锚节点是否移动，可以分为静 态锚节点定位和动态锚节点定位［5 － 6］。静态锚节点
— 29 —
定位覆盖率、定位精度以及移动锚节点的能耗有很
大影响。一般认为，最优的锚节点移动路径需要满
足两个条件，一是能够提供良好的网络覆盖范围，确
保区域内所有节点都能够被探测到； 二是提供优质
的信号，即对于一个未知节点，存在至少三个非共线
的有效信号。
典型 的 移 动 锚 节 点 路 径 规 划 主 要 分 为 两 类［8 － 10］，一类是随机移动模型，如随机游走模型、高
假设传感器节点的通信半径为 Ｒ，若保证监测区域
内的所有节点都能接收到移动锚节点的信号，则移
动路径间隔 S 需要满足，当 S = 2Ｒ 时，移动锚节点
的路径长度 d 可以表示为［11］：
( ) d =
具有较好的定位效果，但对节点的部署密度要求较 高，常常面 临 成 本 高、部 署 难 等 问 题［7］。 基 于 动 态 锚节点的定位技术利用锚节点可以灵活移动的特 性，可以降低节点部署成本，改善网络结构，具有显 著的研究意义与实用价值。
1 移动锚节点定位技术
1． 1 移动锚节点的路径规划 路径规划是移动锚节点定位过程中的一个重要
文章编号： 1009 － 2552（ 2019） 03 － 0029 － 04 DOI： 10. 13274 / j. cnki. hdzj. 2019. 03. 007
基于三边测量法的移动锚节点定位方案
刘 琛，倪雪莉
（ 江苏警官学院计算机信息与网络安全系，南京 210031）
摘 要： 确定节点的位置是无线传感器网络对监测区域相关信息进行感知、采集和处理所面临 的首要问题，直接影响它在实际中的应用。文中介绍了无线传感器网络的基本概念、节点位置 的计算方法以及典型的移动锚节点路径规划，提出一种基于三边测量法的移动锚节点定位方案。 在保证遍历所有未知节点的前提下，该方案的路径规划较为简单，定位精度较高。 关键词： 无线传感器网络； 移动锚节点； 三边测量法； SCAN 路径； 节点定位 中图分类号： TP393 文献标识码： A
Abstract： Determining the location of nodes is the primary issue for wireless sensor networks in sensing， collecting and processing related information in the monitoring area，which directly affects its application in practice． The basic concept of wireless sensor networks，the calculation method of node location and the typical path planning of mobile anchor nodes are introduced and a mobile anchor node localization scheme based on trilateral measurement is proposed． With all unknown nodes covered，the path planning of this scheme is relatively simple and can reach high accuracy． Key words： wireless sensor network； mobile anchor node； trilateral measurement； SCAN path； node localization scheme
斯 － 马尔科夫模型等； 另一类是非随机移动模型，包
括以 SCAN 型、DOUBLE SCAN 型以及 HILBEＲT 型
为代表的经典移动模型。其中，SCAN 型路径是最
简单、最容易实现的一种轨迹。
如图 1 所示，在 SCAN 型路径中，移动锚节点沿
着一个维度遍历监测区域，两条连续的平行轨迹之
间的距离定义为移动路径间隔 S（ 或轨迹分辨率） 。
问题。锚节点的移动路径往往对网络中未知节点的
收稿日期： 2018 － 10 － 21 基金项目： 江苏省高等学校自然科学研究面上项目 （ 18KJD14000-
2） ； 江苏 警 官 学 院 高 层 次 人 才 引 进 项 目 （ JSPI17GKZL201） ； 江苏警官学院科研创新团队（ 2018SJYTD15 ） ； 江 苏 警 官 学 院 院 级 项 目 （ 2017SJYZY01，2017SJYZY02， 2017SJYZC05） 作者简介： 刘琛（ 1990 － ） ，男，博士，讲师，研究方向为物联网技术。
LIU Chen，NI Xue-li
（ Department of Computer Information and Cyber Security，Jiangsu Police Institute，Nanjing 210031，China）
0 引言
无线传感器网络是一种多跳的自组织网络系 统，它由大量的微型传感器节点组成，节点之间通过 无线的方 式 进 行 通 信［1］。 随 着 人 工 成 本 的 不 断 上 升，生产领域对提高设备自动化水平的需求日益迫 切。在数据采集与处理方面，无线传感器网络具有 比较明显的优势，因此引起了学术界、产业界和各国 政府的普遍关注。目前，无线传感器网络已经与经 济社会发展的各个方面深度融合，在气象监测、抢险 救灾、目标跟踪等领域发挥不可替代的作用［2］。作 为上述应用的重要支撑环节，无线传感器网络节点 定位技术一直是研究的热点。根据定位过程是否需 要测距，节点定位可以分为基于测距的方法和无需 测距的方法［3 － 4］； 根据锚节点是否移动，可以分为静 态锚节点定位和动态锚节点定位［5 － 6］。静态锚节点
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定位覆盖率、定位精度以及移动锚节点的能耗有很
大影响。一般认为，最优的锚节点移动路径需要满
足两个条件，一是能够提供良好的网络覆盖范围，确
保区域内所有节点都能够被探测到； 二是提供优质
的信号，即对于一个未知节点，存在至少三个非共线
的有效信号。
典型 的 移 动 锚 节 点 路 径 规 划 主 要 分 为 两 类［8 － 10］，一类是随机移动模型，如随机游走模型、高
假设传感器节点的通信半径为 Ｒ，若保证监测区域
内的所有节点都能接收到移动锚节点的信号，则移
动路径间隔 S 需要满足，当 S = 2Ｒ 时，移动锚节点
的路径长度 d 可以表示为［11］：
( ) d =
具有较好的定位效果，但对节点的部署密度要求较 高，常常面 临 成 本 高、部 署 难 等 问 题［7］。 基 于 动 态 锚节点的定位技术利用锚节点可以灵活移动的特 性，可以降低节点部署成本，改善网络结构，具有显 著的研究意义与实用价值。
1 移动锚节点定位技术
1． 1 移动锚节点的路径规划 路径规划是移动锚节点定位过程中的一个重要
文章编号： 1009 － 2552（ 2019） 03 － 0029 － 04 DOI： 10. 13274 / j. cnki. hdzj. 2019. 03. 007
基于三边测量法的移动锚节点定位方案
刘 琛，倪雪莉
（ 江苏警官学院计算机信息与网络安全系，南京 210031）
摘 要： 确定节点的位置是无线传感器网络对监测区域相关信息进行感知、采集和处理所面临 的首要问题，直接影响它在实际中的应用。文中介绍了无线传感器网络的基本概念、节点位置 的计算方法以及典型的移动锚节点路径规划，提出一种基于三边测量法的移动锚节点定位方案。 在保证遍历所有未知节点的前提下，该方案的路径规划较为简单，定位精度较高。 关键词： 无线传感器网络； 移动锚节点； 三边测量法； SCAN 路径； 节点定位 中图分类号： TP393 文献标识码： A
Abstract： Determining the location of nodes is the primary issue for wireless sensor networks in sensing， collecting and processing related information in the monitoring area，which directly affects its application in practice． The basic concept of wireless sensor networks，the calculation method of node location and the typical path planning of mobile anchor nodes are introduced and a mobile anchor node localization scheme based on trilateral measurement is proposed． With all unknown nodes covered，the path planning of this scheme is relatively simple and can reach high accuracy． Key words： wireless sensor network； mobile anchor node； trilateral measurement； SCAN path； node localization scheme
斯 － 马尔科夫模型等； 另一类是非随机移动模型，包
括以 SCAN 型、DOUBLE SCAN 型以及 HILBEＲT 型
为代表的经典移动模型。其中，SCAN 型路径是最
简单、最容易实现的一种轨迹。
如图 1 所示，在 SCAN 型路径中，移动锚节点沿
着一个维度遍历监测区域，两条连续的平行轨迹之
间的距离定义为移动路径间隔 S（ 或轨迹分辨率） 。
问题。锚节点的移动路径往往对网络中未知节点的
收稿日期： 2018 － 10 － 21 基金项目： 江苏省高等学校自然科学研究面上项目 （ 18KJD14000-
2） ； 江苏 警 官 学 院 高 层 次 人 才 引 进 项 目 （ JSPI17GKZL201） ； 江苏警官学院科研创新团队（ 2018SJYTD15 ） ； 江 苏 警 官 学 院 院 级 项 目 （ 2017SJYZY01，2017SJYZY02， 2017SJYZC05） 作者简介： 刘琛（ 1990 － ） ，男，博士，讲师，研究方向为物联网技术。