56、传感器应用中的多基站定位研究

传感器应用中的多基站定位研究

1. 引言

近年来，传感器联网推动了信息传播的集成化，传感器系统能在广泛区域执行定位、检测等任务。传感器节点通常配备微处理器、无线收发器等，以电池供电。无线传感器网络起初用于军事，如今在生态监测、智能农业等领域广泛应用。

与其他网络不同，传感器网络受电池电量、节点密度和数据量的限制。传感器节点使用小容量电池，因此降低功耗对延长网络寿命至关重要。此前研究提出了多种降低功耗的方法，如增加节点密度、优化协议设计等，但对传感器节点和基站布局的研究较少。在大规模应用中，可能需要部署多个基站，基站的位置成为关键问题。

2. 基站布局方法

在无线传感器网络中，基站的最佳初始化位置研究众多。由于传感器节点电池容量有限，基站布局直接影响网络寿命，且基站成本高，需精准布局。常见的基站布局问题解决方法如下：
- 寻找最佳汇聚节点位置。
- 在预定义的最短运行时间内，最小化汇聚节点数量。
- 在最大化网络寿命的同时，找到最少的汇聚节点数量。

2.1 N 基站布局

多数最优基站定位问题是 NP 完全问题，常用近似方法解决。例如，限制搜索空间为传感器节点位置，选择网络寿命最优的位置；也可使用整数线性规划确定新位置。

在一些应用中，监测时长是预定义的，目标是找到满足该时长的最少汇聚节点数量；而在其他应用中，可能没有此类限制。因此，多基站布局是一个优化问题，需研究基站数量与网络寿命的关系。同时，基站数量与项目预算相关，部署前需进行估算，可采用经典聚类方法确定基站位置。

聚类算法主要分为两类：
- 层次聚类
- 非层次聚类 </