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摘 要：无线传感器网络是如今信息世界的热点话题，其最要包涵：物联网技术、传感器技术、信息技术等。节点定位是无线传感器网络重要的核心支撑技术，很多具体的应用需要预先知道节点的位置。本文首先对无线传感器网络进行了详细概述，重点介绍了无线传感器网络应用领域和国内外研究现状，并对它们的应用前景进行了阐述。
关键词：无线传感器网络；节点定位技术
一、前言
无线传感器网络是由众多微型传感器节点形成的多跳的自组织网络系统，这些传感器节点部署在监测区域并以无线的方式进行通信，部署网络的目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内监测对象的信息，并发送给用户。最早进行无线传感器网络技术研究的是美国军方，之后美国国家自然基金委员会设立了大量的相关项目。随着无线传感器网络技术的不断发展，其应用范围已经由军事领域扩展到了环境监测、医疗健康、智能交通、现代农业等民用领域，使人们可以在任何时间、任何地点都能够获取大量翔实可靠的信息，最终将成为一种“无处不在”的传感技术。
目前，物联网（Internet of Things，IoT）概念的提出引起了各国的高度关注。我国早在1999年就启动了物联网核心技术——传感网技术的研究，在世界传感网领域，我国是标准主导国之一。2009年8月，温家宝总理在参观中科院无锡高新微纳传感网技术研发中心时指出，“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”。随着物联网上升为国家战略，无线传感器网络在我国获得了前所未有的发展机遇。
二、无线传感器网络的应用领域
1. 军事领域
无线传感器网络源于军事应用，在军事领域的研究也最为成熟，它与独立的卫星和地面雷达侦查系统相比，在成本、准确性和实时性方面有潜在的优势。利用无线传感器网络来协助实现有效的战场态势感知，以满足作战能力“知己知彼”的要求。
2003年，美国陆军在俄亥俄州开发了“沙地直线”系统，这是一个用于战场探测的无线传感器网络系统项目。在国防高级研究计划局的资助下，这个系统能够侦测运动的高金属含量目标，例如侦察和定位敌军的坦克和其它车辆。另外，无线传感器网络还被用来进行枪声定位。2005年美国军方成功测试了由美国Crossbow公司组建的枪声定位系统，该系统按照一定程序组建成网络来进行突发事件（如枪声、爆炸源等）的检测。
2. 现代农业领域
我国是一个农业大国，实现农业的现代化刻不容缓，无线传感器网络在这方面有着独特的优势。借助无线传感器网络可以实时向农业机构提供土壤、作物病虫害等监测信息，真正实现无处不在的数字农业。
国外在该领域已初步推出相关产品并得到示范应用。美国加州Grape Networks公司为加州中央谷地区的农业配置了“全球最大的无线传感器网络”。该网络覆盖50多英亩土地，配置了200多个传感器，通过网络传送葡萄园的关键数据，包括精确的传感器位置、温度、湿度和光照等信息。葡萄园管理人员可以在任意网络蜂窝电话或计算机上观看数据，还可以通过网络或电子邮件设置临界值。另外，将传感器模块采集的数据在网络内部汇总，通过Wi-Fi、蜂窝或卫星发送到互联网，可以在全球范围内通过网页浏览观看。
国内在农业领域的相关研究也取得了一些初步成果，例如，宁波中科无线通信事业部在传感器网络软硬件开发推广方面已经取得较大的进展，形成了具有自主知识产权的产品，在慈溪市蔬菜大棚项目中构建了基于传感器节点的无线采集系统。
3. 智能交通领域
交通智能网是智能交通系统的重要组成部分。实时监测恶劣天气和道路状况，对提高行驶安全和道路维护是非常必要的。美国联邦公路局倡议建立了全国性的地面运输天气状况监测和预报系统，通过可靠完整的监测网络和数据管理系统，向驾驶员提供天气状况和道路信息。在国内，中科院上海微系统与信息技术研究所联合上海多家高校、研究所共同承担的“无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究”项目，取得了一系列研究成果。该项目的科研成果及产品正逐步推向市场，其中远距离高速中程无线传感器网络在浦东国际机场六国峰会安保工程中得到应用。
4. 家庭与健康领域
无线传感器网络节点微型化的特点，决定了它在检测人体生理数据及远程医疗等方面可以发挥出色的作用。如果在病人身上安装特殊的传感器节点，例如心率和血压监测设备，利用无线传感器网络，远端的医生就可以随时掌握病人的病情。哈佛大学的一个研究小组利用无线传感器网络构建了一个医疗监测平台，该平台摆脱了传统模式下传感器与监测仪通过线缆连接的束缚，病人可以自由活动，医生手持PDA，可以随时接收报警信息或查询病人状况。另外，随着我国人口老龄化的加剧，“空巢老人”的数量不断增多，借助无线传感器网络家人就可以及时了解老人的健康状况和活动状况。
5. 环境保护领域
无线传感器网络因其部署简单和无需现场维护等优点，为科学研究和环境保护提供了方便，可广泛应用在野生动物栖息地生态环境监控、自然和人为灾害等方面的监测[18]。
由香港科技大学、清华大学、西安交通大学等高校共同参与的“绿野千传”项目，对建立长期大规模的无线传感器网络系统进行了探索。该项目始于2008年，用于森林生态环境的全年监测，通过传感器节点收集包括温度、湿度、二氧化碳浓度和光照等多种数据。采集到的信息可以为多种重要应用提供支持，如森林监测、火灾风险评估和野外救援等。
6. 工业领域
在工业领域，无线传感器网络可以用来进行机械故障诊断、安全生产监控等。南京唐恩科技致力于定位和工控系统的开发，他们开发的iLocate采用超宽带射频技术，能够在传统应用环境中达到15cm的3D定位精度，模拟真实的生产环境，并具有很好的稳定性。借助该系统，用户能够实现对产品、人员、工具、物料的可视化跟踪和管理，保障生产工作的安全进行。例如汽车制造厂的生产线，可以利用该系统实现人员、车辆的实时定位，优化车辆的生产作业过程。 7. 其它领域
除了以上介绍的应用领域外，无线传感器网络在矿井人员定位、物流和供应链管理、食品溯源、公共安全、珍贵文物或艺术品保护等方面也有良好的应用前景，并将孕育出全新的设计和应用模式。
三、无线传感器网络节点定位国内外研究现状
近10年来，国外对无线传感器网络节点定位的研究已经取得了丰富的成果，提出了一些经典的定位算法。在特定的条件下，一种算法在某些性能指标上可能优于其它算法，而在其它性能方面可能处于劣势，即使很优秀的算法都有整体性能进一步提高的余地。正如Niculescu指出，无线传感器网络节点定位与具体的应用有关，不存在适合所有情况的定位算法。国外提出的代表性的基于测距的定位技术有RSSI、AoA、ToA以及TDoA等，无需测距的定位技术有DV-Hop算法、质心算法、APIT算法等，同样也有基于测距和无需测距相结合的定位技术。
我国的无线传感器网络及其应用研究起步较早，参与无线传感器网络研究的主体也非常丰富，清华大学、中国科学技术大学、北京邮电大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学等高校在国内较早开展了无线传感器网络的研究。国家973计划项目“无线传感器网络的基础理论及关键技术研究”集中了国内多个实力雄厚的研究团队重点攻关，力求取得具有国际影响力的理论成果。目前国内对无线传感器网络的定位技术的研究也取得了一定成果，例如，史龙等人综合分析了大量无线传感器网络定位算法的研究成果，从算法和测距技术两方面说明了定位机制的局限性，并论述和比较了现有的六种定位算法，指出了节点定位问题的研究方向。受刚性图理论的启发，王殊等人提出了一种协作模式的定位方法——可定位协作算法（Localizable Collaborative Body， LCB）。王永才等人提出了一种TDoA测距技术与基于几何关系相结合的节点自定位算法，并在Mcia2系统上实现了该算法。总之，无线传感器网络节点定位技术的研究总体还处于初步阶段，还有很大的研究与改善的空间。
四、结束语
作为当前信息领域研究的热点，无线传感器网络正引起人们的极大关注，它在现代农业、智能交通、环境监测等领域有着广阔的应用前景。节点定位是无线传感器网络重要的核心支撑技术，由于无线传感器网络节点数目众多、节点资源有限等一些特征，使得节点定位面临着诸多挑战。近年来，国内外学者已经提出了许多节点定位算法，但这些算法往往存在定位精度低、复杂度高或定位覆盖率低等缺点，总体上来说，节点定位算法的研究尚处于起步阶段。
参考文献
[1]崔逊学，左从菊.无线传感器网络简明教程[M].北京：清华大学出版社，2009.
[2]孙雨耕，张静，孙永进，等.无线自组传感器网络[J]. 传感技术学报，2004，2：114-124
[3]彭刚，曹元大，孙利民. 无线传感器网络节点定位机制的研究[J]. 计算机工程与应用，2004， 40（35）： 27-29.
作者简介：
巢喜剑（1987-），男，江西人，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式、无线通信和信号处理研究。
桂荣（1987-），女，江西人，本科。
关键词：无线传感器网络；节点定位技术
一、前言
无线传感器网络是由众多微型传感器节点形成的多跳的自组织网络系统，这些传感器节点部署在监测区域并以无线的方式进行通信，部署网络的目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内监测对象的信息，并发送给用户。最早进行无线传感器网络技术研究的是美国军方，之后美国国家自然基金委员会设立了大量的相关项目。随着无线传感器网络技术的不断发展，其应用范围已经由军事领域扩展到了环境监测、医疗健康、智能交通、现代农业等民用领域，使人们可以在任何时间、任何地点都能够获取大量翔实可靠的信息，最终将成为一种“无处不在”的传感技术。
目前，物联网（Internet of Things，IoT）概念的提出引起了各国的高度关注。我国早在1999年就启动了物联网核心技术——传感网技术的研究，在世界传感网领域，我国是标准主导国之一。2009年8月，温家宝总理在参观中科院无锡高新微纳传感网技术研发中心时指出，“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”。随着物联网上升为国家战略，无线传感器网络在我国获得了前所未有的发展机遇。
二、无线传感器网络的应用领域
1. 军事领域
无线传感器网络源于军事应用，在军事领域的研究也最为成熟，它与独立的卫星和地面雷达侦查系统相比，在成本、准确性和实时性方面有潜在的优势。利用无线传感器网络来协助实现有效的战场态势感知，以满足作战能力“知己知彼”的要求。
2003年，美国陆军在俄亥俄州开发了“沙地直线”系统，这是一个用于战场探测的无线传感器网络系统项目。在国防高级研究计划局的资助下，这个系统能够侦测运动的高金属含量目标，例如侦察和定位敌军的坦克和其它车辆。另外，无线传感器网络还被用来进行枪声定位。2005年美国军方成功测试了由美国Crossbow公司组建的枪声定位系统，该系统按照一定程序组建成网络来进行突发事件（如枪声、爆炸源等）的检测。
2. 现代农业领域
我国是一个农业大国，实现农业的现代化刻不容缓，无线传感器网络在这方面有着独特的优势。借助无线传感器网络可以实时向农业机构提供土壤、作物病虫害等监测信息，真正实现无处不在的数字农业。
国外在该领域已初步推出相关产品并得到示范应用。美国加州Grape Networks公司为加州中央谷地区的农业配置了“全球最大的无线传感器网络”。该网络覆盖50多英亩土地，配置了200多个传感器，通过网络传送葡萄园的关键数据，包括精确的传感器位置、温度、湿度和光照等信息。葡萄园管理人员可以在任意网络蜂窝电话或计算机上观看数据，还可以通过网络或电子邮件设置临界值。另外，将传感器模块采集的数据在网络内部汇总，通过Wi-Fi、蜂窝或卫星发送到互联网，可以在全球范围内通过网页浏览观看。
国内在农业领域的相关研究也取得了一些初步成果，例如，宁波中科无线通信事业部在传感器网络软硬件开发推广方面已经取得较大的进展，形成了具有自主知识产权的产品，在慈溪市蔬菜大棚项目中构建了基于传感器节点的无线采集系统。
3. 智能交通领域
交通智能网是智能交通系统的重要组成部分。实时监测恶劣天气和道路状况，对提高行驶安全和道路维护是非常必要的。美国联邦公路局倡议建立了全国性的地面运输天气状况监测和预报系统，通过可靠完整的监测网络和数据管理系统，向驾驶员提供天气状况和道路信息。在国内，中科院上海微系统与信息技术研究所联合上海多家高校、研究所共同承担的“无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究”项目，取得了一系列研究成果。该项目的科研成果及产品正逐步推向市场，其中远距离高速中程无线传感器网络在浦东国际机场六国峰会安保工程中得到应用。
4. 家庭与健康领域
无线传感器网络节点微型化的特点，决定了它在检测人体生理数据及远程医疗等方面可以发挥出色的作用。如果在病人身上安装特殊的传感器节点，例如心率和血压监测设备，利用无线传感器网络，远端的医生就可以随时掌握病人的病情。哈佛大学的一个研究小组利用无线传感器网络构建了一个医疗监测平台，该平台摆脱了传统模式下传感器与监测仪通过线缆连接的束缚，病人可以自由活动，医生手持PDA，可以随时接收报警信息或查询病人状况。另外，随着我国人口老龄化的加剧，“空巢老人”的数量不断增多，借助无线传感器网络家人就可以及时了解老人的健康状况和活动状况。
5. 环境保护领域
无线传感器网络因其部署简单和无需现场维护等优点，为科学研究和环境保护提供了方便，可广泛应用在野生动物栖息地生态环境监控、自然和人为灾害等方面的监测[18]。
由香港科技大学、清华大学、西安交通大学等高校共同参与的“绿野千传”项目，对建立长期大规模的无线传感器网络系统进行了探索。该项目始于2008年，用于森林生态环境的全年监测，通过传感器节点收集包括温度、湿度、二氧化碳浓度和光照等多种数据。采集到的信息可以为多种重要应用提供支持，如森林监测、火灾风险评估和野外救援等。
6. 工业领域
在工业领域，无线传感器网络可以用来进行机械故障诊断、安全生产监控等。南京唐恩科技致力于定位和工控系统的开发，他们开发的iLocate采用超宽带射频技术，能够在传统应用环境中达到15cm的3D定位精度，模拟真实的生产环境，并具有很好的稳定性。借助该系统，用户能够实现对产品、人员、工具、物料的可视化跟踪和管理，保障生产工作的安全进行。例如汽车制造厂的生产线，可以利用该系统实现人员、车辆的实时定位，优化车辆的生产作业过程。 7. 其它领域
除了以上介绍的应用领域外，无线传感器网络在矿井人员定位、物流和供应链管理、食品溯源、公共安全、珍贵文物或艺术品保护等方面也有良好的应用前景，并将孕育出全新的设计和应用模式。
三、无线传感器网络节点定位国内外研究现状
近10年来，国外对无线传感器网络节点定位的研究已经取得了丰富的成果，提出了一些经典的定位算法。在特定的条件下，一种算法在某些性能指标上可能优于其它算法，而在其它性能方面可能处于劣势，即使很优秀的算法都有整体性能进一步提高的余地。正如Niculescu指出，无线传感器网络节点定位与具体的应用有关，不存在适合所有情况的定位算法。国外提出的代表性的基于测距的定位技术有RSSI、AoA、ToA以及TDoA等，无需测距的定位技术有DV-Hop算法、质心算法、APIT算法等，同样也有基于测距和无需测距相结合的定位技术。
我国的无线传感器网络及其应用研究起步较早，参与无线传感器网络研究的主体也非常丰富，清华大学、中国科学技术大学、北京邮电大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学等高校在国内较早开展了无线传感器网络的研究。国家973计划项目“无线传感器网络的基础理论及关键技术研究”集中了国内多个实力雄厚的研究团队重点攻关，力求取得具有国际影响力的理论成果。目前国内对无线传感器网络的定位技术的研究也取得了一定成果，例如，史龙等人综合分析了大量无线传感器网络定位算法的研究成果，从算法和测距技术两方面说明了定位机制的局限性，并论述和比较了现有的六种定位算法，指出了节点定位问题的研究方向。受刚性图理论的启发，王殊等人提出了一种协作模式的定位方法——可定位协作算法（Localizable Collaborative Body， LCB）。王永才等人提出了一种TDoA测距技术与基于几何关系相结合的节点自定位算法，并在Mcia2系统上实现了该算法。总之，无线传感器网络节点定位技术的研究总体还处于初步阶段，还有很大的研究与改善的空间。
四、结束语
作为当前信息领域研究的热点，无线传感器网络正引起人们的极大关注，它在现代农业、智能交通、环境监测等领域有着广阔的应用前景。节点定位是无线传感器网络重要的核心支撑技术，由于无线传感器网络节点数目众多、节点资源有限等一些特征，使得节点定位面临着诸多挑战。近年来，国内外学者已经提出了许多节点定位算法，但这些算法往往存在定位精度低、复杂度高或定位覆盖率低等缺点，总体上来说，节点定位算法的研究尚处于起步阶段。
参考文献
[1]崔逊学，左从菊.无线传感器网络简明教程[M].北京：清华大学出版社，2009.
[2]孙雨耕，张静，孙永进，等.无线自组传感器网络[J]. 传感技术学报，2004，2：114-124
[3]彭刚，曹元大，孙利民. 无线传感器网络节点定位机制的研究[J]. 计算机工程与应用，2004， 40（35）： 27-29.
作者简介：
巢喜剑（1987-），男，江西人，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式、无线通信和信号处理研究。
桂荣（1987-），女，江西人，本科。
