無線傳感器網絡測距定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線傳感器網絡定位技術，具體為無線傳感器網絡測距定位方法。解決現(xiàn)有技術定位精度低及算法復雜的問題。本發(fā)明所述方法先利用面積值確定未知節(jié)點與信標節(jié)點的相對位置，通過建立系數<i>T</i><i>A</i><i>、T</i><i>B</i><i>、T</i><i>C</i>與區(qū)域關系的方法，直接求解未知節(jié)點坐標并進行了坐標值優(yōu)化，通過仿真分析并且與其它的一些算法進行對比，本發(fā)明所述方法提高了算法的精度，降低了算法的復雜度，減少節(jié)點的能量消耗，延長了節(jié)點的生命周期。
【專利說明】
無線傳感器網絡測距定位方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及無線傳感器網絡定位技術，具體為無線傳感器網絡測距定位方法。主 要應用在無線傳感器網絡中獲取傳感器節(jié)點準確的位置信息。
【背景技術】
[0002] 近年來物聯(lián)網技術不斷取得新的成果，已經運用到國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、交通管 理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、抗災搶險等領域，作為物聯(lián)網底層重要技術之一的無線傳感器網絡 已經成為了研究熱點。其中，通過定位算法獲取準確的位置信息是無線傳感器網絡十分重 要的一項內容。
[0003] 與DV-H0P算法等基于非測距的定位算法不同，基于測距的定位算法需要進行距離 測量，但它的定位精度高于前者。與此相關的一些算法有，Ξ邊定位算法，Ξ邊質屯、定位算 法、粒子群定位算法等。運些現(xiàn)有的部分算法要么定位精度較低（如，質屯、定位算法），要么 算法需要進行大量的迭代運算而過于復雜(如，粒子群定位算法）。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明解決現(xiàn)有算法技術定位精度低及算法復雜的問題，提供一種無線傳感器網 絡測距定位方法。
[0005] 本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的：無線傳感器網絡測距定位方法，是由如下步 驟實現(xiàn)的：
[0006] Z1:未知節(jié)點P接受周圍信標節(jié)點的信號，并將接收到的信號強度值轉化為未知節(jié) 點和信標節(jié)點之間的距離值；
[0007] Z2:設定該未知節(jié)點P接受到信號的信標節(jié)點數量為m，m含3, W任3個位置不共線 的信標節(jié)點為一組，一共k組；
[000引Z3:從第一組信標節(jié)點一直到第k組信標節(jié)點依次計算未知節(jié)點P的坐標，一共得 至化個坐標，分別表示為(Xpl，ypl)，……（郵，7。10。選取其中第11組信標節(jié)點，11取值為巧化，將 該組信標節(jié)點設定為A、B、C，計算出未知節(jié)點P的坐標(xpu，ypu)，為上述k個坐標之一。3個信 標節(jié)點A、B、C將整個平面劃分成屯個區(qū)域：
[0009] 區(qū)域1:3個信標節(jié)點A、B、C構成的Ξ角形內部區(qū)域；
[0010] 區(qū)域2:信標節(jié)點B和信標節(jié)點A構成的射線BA的A點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點C構成的線段AC、信標節(jié)點B和信標節(jié)點C構成的射線BC的C點W外的直線圍成的區(qū)域； [0011 ]區(qū)域3:信標節(jié)點C和信標節(jié)點B構成的射線CB的B點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點B構成的線段AB、信標節(jié)點C和信標節(jié)點A構成的射線CA的A點W外的直線圍成的區(qū)域； [0012]區(qū)域4:信標節(jié)點A和信標節(jié)點B構成的射線AB的B點W外的直線、信標節(jié)點B和信標 節(jié)點C構成的線段BC、信標節(jié)點A和信標節(jié)點C構成的射線AC的C點W外的直線圍成的區(qū)域； [001引區(qū)域5:信標節(jié)點B和信標節(jié)點C構成的射線BC的C點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點C構成的射線AC的C點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0014]區(qū)域6:信標節(jié)點C和信標節(jié)點B構成的射線CB的B點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點B構成的射線AB的B點W外的直線圍成的區(qū)域；
[001引區(qū)域7:信標節(jié)點B和信標節(jié)點A構成的射線BA的A點W外的直線、信標節(jié)點C和信標 節(jié)點A構成的射線CA的A點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0016] Z4:確定未知節(jié)點P所處區(qū)域：
[0017] 滿足公式：Sabg = Sabp+Sagp+Sbgp未知節(jié)點P在區(qū)域1;
[001引滿足公式：Sabp+Sbcp = Sabc+Sacp未知節(jié)點P在區(qū)域2;
[0019] 滿足公式：Sagp+Sbgp = Sabg+Sabp未知節(jié)點P在區(qū)域3;
[0020] 滿足公式：Sacp+Sabp = Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域4;
[002。 滿足公式：Sabp = Sacp+Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域5;
[00剖滿足公式：Sacp = Sabp+Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域6;
[002；3] 滿足公式：Sbcp = Sacp+Sabc+Sabp未知節(jié)點P在區(qū)域7;
[0024]其中S為采用海倫公式算出的相應Ξ角形的面積，S下標中的Ξ個字母為Ξ角形的 Ξ個頂點。
[002引巧:未知節(jié)點P第U個坐標(Xpu，ypu)的計算公式如下：
[0026] Xpu = Ta · Xa+Te · xb+Tc · Xc
[0027] ypu = Ta · ya+Τβ · yb+Tc · yc
[00測其中，（xa，ya)為信標節(jié)點A的坐標，（xb，yb)為信標節(jié)點B的坐標，（xc，yc)為信標節(jié) 點C的坐標;Ta、Tb、Tc為區(qū)域系數，與P點所在區(qū)域有關。
[0036] Z6:坐標值優(yōu)化
[0037] 當k含5時，求取未知節(jié)點P的k個坐標(χρ?,γρ?)，......（Xpk，ypk)的橫坐標平均值、縱 坐標平均值，作為優(yōu)化后未知節(jié)點P的坐標；
[0038] 當k巧時，計算每一個未知節(jié)點坐標分別到其余未知節(jié)點坐標的距離，得到k-1個 距離值并求它們的和，如此得到k個和值，將k個和值由小到大排序，保留前五個和值，求前 五個和值對應未知節(jié)點坐標的橫坐標平均值、縱坐標平均值，作為優(yōu)化后未知節(jié)點P的坐 標。
[0039] 本發(fā)明所述方法先利用面積值確定未知節(jié)點與信標節(jié)點的相對位置，通過建立系 數Ta、Tb、Tc與區(qū)域關系的方法，直接求解未知節(jié)點坐標并進行了坐標值優(yōu)化，通過仿真分析 并且與其它的一些算法進行對比，本發(fā)明所述方法提高了算法的精度，降低了算法的復雜 度，減少節(jié)點的能量消耗，延長了節(jié)點的生命周期。
【附圖說明】
[0040] 圖1為步驟Ζ3Ξ個信標節(jié)點A、B、C將整個平面劃分成屯個區(qū)域的示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 無線傳感器網絡測距定位方法，是由如下步驟實現(xiàn)的：
[0042] Z1:未知節(jié)點P接受周圍信標節(jié)點的信號，并將接收到的信號強度值轉化為未知節(jié) 點和信標節(jié)點之間的距離值;運里轉化采用的是公知的對數一常數無線信號傳播模型。
[0043] Z2:設定該未知節(jié)點P接受到信號的信標節(jié)點數量為m，m含3, W任3個位置不共線 的信標節(jié)點為一組，一共k組；
[0044] Z3:從第一組信標節(jié)點一直到第k組信標節(jié)點依次計算未知節(jié)點P的坐標，一共得 至化個坐標，分別表示為(Xpl，ypl)，……（郵，7。1〇;選取其中第11組信標節(jié)點，11取值為巧化，將 該組信標節(jié)點設定為A、B、C，計算出未知節(jié)點P的坐標(xpu，ypu)，為上述k個坐標之一。3個信 標節(jié)點A、B、C將整個平面劃分成屯個區(qū)域：
[0045] 區(qū)域1:3個信標節(jié)點A、B、C構成的Ξ角形內部區(qū)域；
[0046] 區(qū)域2:信標節(jié)點B和信標節(jié)點A構成的射線BA的A點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點C構成的線段AC、信標節(jié)點B和信標節(jié)點C構成的射線BC的C點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0047] 區(qū)域3:信標節(jié)點C和信標節(jié)點B構成的射線CB的B點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點B構成的線段AB、信標節(jié)點C和信標節(jié)點A構成的射線CA的A點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0048] 區(qū)域4:信標節(jié)點A和信標節(jié)點B構成的射線AB的B點W外的直線、信標節(jié)點B和信標 節(jié)點C構成的線段BC、信標節(jié)點A和信標節(jié)點C構成的射線AC的C點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0049] 區(qū)域5:信標節(jié)點B和信標節(jié)點C構成的射線BC的C點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點C構成的射線AC的C點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0050] 區(qū)域6:信標節(jié)點C和信標節(jié)點B構成的射線CB的B點W外的直線、信標節(jié)點A和信標 節(jié)點B構成的射線AB的B點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0051] 區(qū)域7:信標節(jié)點B和信標節(jié)點A構成的射線BA的A點W外的直線、信標節(jié)點C和信標 節(jié)點A構成的射線CA的A點W外的直線圍成的區(qū)域；
[0052] Z4:確定未知節(jié)點P所處區(qū)域：
[00對滿足公式：Sabc = Sabp+Sacp+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域1;
[0054] 滿足公式：Sabp+Sbcp = Sabc+Sacp未知節(jié)點P在區(qū)域2;
[00對滿足公式：Sacp+Sbcp = Sabc+Sabp未知節(jié)點P在區(qū)域3;
[0056] 滿足公式：Sacp+Sabp = Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域4;
[0057] 滿足公式：Sabp = Sacp+Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域5;
[005引滿足公式：Sacp = Sabp+Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域6;
[0059] 滿足公式：Sbcp = Sacp+Sabc+Sabp未知節(jié)點P在區(qū)域7;
[0060] 其中S為采用海倫公式算出的相應Ξ角形的面積，S下標中的Ξ個字母為Ξ角形的 Ξ個頂點；
[0061 ] 所述的海倫公式為公知常識：
[0064] 式中：S為Ξ角形面積，L1、L2、L3代表Ξ角形的Ξ條邊長。
[0065] Z5:未知節(jié)點P第U個坐標(Xpu，ypu)的計算公式如下：
[0066] Xpu = Ta · Xa+Te · xb+Tc · Xc
[0067] ypu = Ta · ya+Τβ · yb+Tc · yc
[00側其中，（xa，ya)為信標節(jié)點A的坐標，（xb，yb)為信標節(jié)點B的坐標，（xc，yc)為信標節(jié) 點C的坐標;Ta、Tb、Tc為區(qū)域系數，與P點所在區(qū)域有關。
[0076] Z6:坐標值優(yōu)化
[0077] 當k含5時，求取未知節(jié)點P的k個坐標(卻1，ypi)，......（ Xpk，ypk)的橫坐標平均值、縱 坐標平均值，作為優(yōu)化后未知節(jié)點P的坐標；
[0078] 當k巧時，計算每一個未知節(jié)點坐標分別到其余未知節(jié)點坐標的距離，得到k-1個 距離值并求它們的和，如此得到k個和值，將k個和值由小到大排序，保留前五個和值，求前 五個和值對應未知節(jié)點坐標的橫坐標平均值、縱坐標平均值，作為優(yōu)化后未知節(jié)點P的坐 標。
【主權項】
1. 一種無線傳感器網絡測距定位方法，其特征在于是由如下步驟實現(xiàn)的： Z1:未知節(jié)點P接受周圍信標節(jié)點的信號，并將接收到的信號強度值轉化為未知節(jié)點和 信標節(jié)點之間的距離值； Z2:設定該未知節(jié)點P接受到信號的信標節(jié)點數量為m，m^3,以任3個位置不共線的信 標節(jié)點為一組，一共k組； Z3:從第一組信標節(jié)點一直到第k組信標節(jié)點依次計算未知節(jié)點P的坐標，一共得到k個 坐標，分別表示為(xpl，ypl)，……（1心^1〇;選取其中第11組信標節(jié)點，11取值為1到1^將該組 信標節(jié)點設定為A、B、C，計算出未知節(jié)點P的坐標(x pu，ypu)，為上述k個坐標之一;3個信標節(jié) 點A、B、C將整個平面劃分成七個區(qū)域： 區(qū)域1:3個信標節(jié)點A、B、C構成的三角形內部區(qū)域； 區(qū)域2:信標節(jié)點B和信標節(jié)點A構成的射線BA的A點以外的直線、信標節(jié)點A和信標節(jié)點 C構成的線段AC、信標節(jié)點B和信標節(jié)點C構成的射線BC的C點以外的直線圍成的區(qū)域； 區(qū)域3:信標節(jié)點C和信標節(jié)點B構成的射線CB的B點以外的直線、信標節(jié)點A和信標節(jié)點 B構成的線段AB、信標節(jié)點C和信標節(jié)點A構成的射線CA的A點以外的直線圍成的區(qū)域； 區(qū)域4:信標節(jié)點A和信標節(jié)點B構成的射線AB的B點以外的直線、信標節(jié)點B和信標節(jié)點 C構成的線段BC、信標節(jié)點A和信標節(jié)點C構成的射線AC的C點以外的直線圍成的區(qū)域； 區(qū)域5:信標節(jié)點B和信標節(jié)點C構成的射線BC的C點以外的直線、信標節(jié)點A和信標節(jié)點 C構成的射線AC的C點以外的直線圍成的區(qū)域； 區(qū)域6:信標節(jié)點C和信標節(jié)點B構成的射線CB的B點以外的直線、信標節(jié)點A和信標節(jié)點 B構成的射線AB的B點以外的直線圍成的區(qū)域； 區(qū)域7:信標節(jié)點B和信標節(jié)點A構成的射線BA的A點以外的直線、信標節(jié)點C和信標節(jié)點 A構成的射線CA的A點以外的直線圍成的區(qū)域； Z4:確定未知節(jié)點P所處區(qū)域： 滿足公式:Sabc = Sabp+Sacp+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域1; 滿足公式:Sabp+Sbcp = Sabc+Sacp未知節(jié)點P在區(qū)域2; 滿足公式:Sacp+Sbcp = Sabc+Sabp未知節(jié)點P在區(qū)域3; 滿足公式:Sacp+Sabp = Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域4; 滿足公式:Sabp = Sacp+Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域5; 滿足公式:Sacp = Sabp+Sabc+Sbcp未知節(jié)點P在區(qū)域6; 滿足公式:Sbcp = Sacp+Sabc+Sabp未知節(jié)點P在區(qū)域7; 其中S為采用海倫公式算出的相應三角形的面積，S下標中的三個字母為三角形的三個 頂點； Z5:未知節(jié)點P第u個坐標(xpu，ypu)的計算公式如下： XPu = Ta · Xa+Τβ · Xb+Tc · Xc ypu=TA · ya+Τβ · yb+Tc · y〇 其中，（xa，ya)為信標節(jié)點A的坐標，（xb，yb)為信標節(jié)點B的坐標，為信標節(jié)點C的 坐標;TA、TB、Tc為區(qū)域系數，與P點所在區(qū)域有關，當k < 5時，求取未知節(jié)點P的k個坐標(xP 1，yp 1)， （ xPk，yPk)的橫坐標平均值、縱坐標 平均值，作為優(yōu)化后未知節(jié)點P的坐標； 當k>5時，計算每一個未知節(jié)點坐標分別到其余未知節(jié)點坐標的距離，得到k-Ι個距離 值并求它們的和，如此得到k個和值，將k個和值由小到大排序，保留前五個和值，求前五個 和值對應未知節(jié)點坐標的橫坐標平均值、縱坐標平均值，作為優(yōu)化后未知節(jié)點P的坐標。
【文檔編號】G01S5/10GK105824007SQ201610338926
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】喬學工, 曹建, 張文愛, 王華倩, 李瑞蓮
【申請人】太原理工大學