專(zhuān)利名稱(chēng)：用于多跳網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型節(jié)點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在于電子通信領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種用于多跳網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型節(jié)點(diǎn)定位方法。
背景技術(shù)：
在多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于受限的傳輸功率，一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)僅能夠與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的其他通信節(jié)點(diǎn)的一個(gè)小子集通信。傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)可能不是為多跳網(wǎng)絡(luò)工作的，因?yàn)槎嗵W(wǎng)絡(luò)要求任何節(jié)點(diǎn)都應(yīng)直接連接到三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，所述三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)具有不在二維空間中的一條線上的已知位置，或者應(yīng)直接連接到四個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，所述四個(gè)參考節(jié)點(diǎn)具有不在三維空間中的一個(gè)平面上的已知位置。此類(lèi)不足的后果在于無(wú)法定位許多節(jié)點(diǎn)，特別是當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)很稀疏的時(shí)候。
如果可以使用傳統(tǒng)方法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，則使用迭代或者順序程序來(lái)將該節(jié)點(diǎn)改變?yōu)閷?dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)。因此，導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)是這樣的節(jié)點(diǎn)最初不了解它們的坐標(biāo)，但是由于它們具有與具有已知坐標(biāo)的足夠數(shù)目節(jié)點(diǎn)的距離測(cè)量結(jié)果，因此它們可以解一個(gè)簡(jiǎn)單的三角剖分問(wèn)題并發(fā)現(xiàn)它們自己的坐標(biāo)。參見(jiàn)UCLA Research Laboratory(加利福尼亞州立大學(xué)洛杉磯分校研究實(shí)驗(yàn)室)的Joe Albowicz，Alvin Chen，和Lixia Zhang等人于2001年作出的“Recursive Position Estimation inSensor Networks”。然而，在此類(lèi)程序之后，仍存在沒(méi)有被定位的節(jié)點(diǎn)子集，特別是在稀疏傳感器環(huán)境中。此外，存在這樣的方法其通過(guò)建立每一節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立路徑的數(shù)目來(lái)判定一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否是可定位的，這給大型網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)高計(jì)算強(qiáng)度。就位置解而言，該方法還可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的判定

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于多跳網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型定位方法，其克服了迄今為止已知的一般類(lèi)型裝置和方法的上述缺點(diǎn)，并且使用剛體概念提供了新的定位測(cè)量，以減少系統(tǒng)中的自由度并且達(dá)到縮減的命令模型，其還采用了一種程序來(lái)獲得具有技術(shù)革新的縮減命令模型，該技術(shù)革新包括用于節(jié)點(diǎn)的初始分類(lèi)的配色方案、用于對(duì)節(jié)點(diǎn)分組的方法、新的獨(dú)立路徑程序，并且使用接合節(jié)點(diǎn)來(lái)定義和識(shí)別剛體。
鑒于上述及其他目的，依照本發(fā)明，用于對(duì)多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的方法根據(jù)節(jié)點(diǎn)形成剛體，并使用該剛體來(lái)判定節(jié)點(diǎn)是否是可定位的。該方法通過(guò)將所有節(jié)點(diǎn)按其定位狀態(tài)分類(lèi)、基于分類(lèi)將它們歸組、并且通過(guò)組來(lái)定義和識(shí)別剛體，獲得該網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型。該方法通過(guò)基于分類(lèi)后的定位狀態(tài)、由節(jié)點(diǎn)來(lái)形成剛體，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)定位的可確定性。為了定位節(jié)點(diǎn)，基于特性，節(jié)點(diǎn)被彼此分隔成為子集。然后，由一個(gè)子集來(lái)形成組，并由組來(lái)形成剛體。由剛體組成ROM，并基于ROM來(lái)評(píng)估剛體的定位能力。按照此處所使用的，短語(yǔ)“剛體”指的是一組節(jié)點(diǎn)之間的空間或幾何關(guān)系是通過(guò)它們之間的特定對(duì)等距離來(lái)固定的。換言之，這些節(jié)點(diǎn)是由于它們之間的特定距離而形成了幾何剛性或者不變形的“形狀”。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)多跳網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的定位狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)所作出的革新，而克服了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。此類(lèi)革新包括由這些節(jié)點(diǎn)形成剛體，從而簡(jiǎn)化了對(duì)經(jīng)由傳統(tǒng)方法無(wú)法定位的節(jié)點(diǎn)(沒(méi)有到參考節(jié)點(diǎn)的足夠數(shù)目的直接鏈路的節(jié)點(diǎn))進(jìn)行定位的問(wèn)題。本發(fā)明是分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的縮減命令建模，該建模判定每一節(jié)點(diǎn)是否是可定位的，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生最小傳播誤差的定位命令，以及應(yīng)被用于獲得最佳定位的算法。
該定位系統(tǒng)是基于在產(chǎn)生空間中的剛性結(jié)構(gòu)、或稱(chēng)為剛體的每一步驟中的網(wǎng)絡(luò)搜索空間的縮減。由于所有這些固有的優(yōu)點(diǎn)，這不僅僅實(shí)現(xiàn)了用于定位估計(jì)的有效算法，而且提供了網(wǎng)絡(luò)定位能力(按部分或者從總體上)的全局透視。這為任何傳感器節(jié)點(diǎn)配置提供了最佳定位策略的解決方案。
在權(quán)利要求書(shū)中闡述了被認(rèn)為是本發(fā)明特性的其他特征。
盡管此處以一種用于多跳網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型定位方法的具體實(shí)現(xiàn)形式來(lái)圖示和說(shuō)明了本發(fā)明，然而并不意圖將其限制為所示出的細(xì)節(jié)，因?yàn)榭梢詫?duì)其作出各種改進(jìn)和結(jié)構(gòu)變化，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神，并且處于本權(quán)利要求書(shū)的等效范圍和范疇之內(nèi)。


將在所附權(quán)利要求書(shū)中詳細(xì)闡述本發(fā)明的被認(rèn)為是新穎的特征。通過(guò)參考以下說(shuō)明并結(jié)合附圖，將更好地理解本發(fā)明及其進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)，在多幅附圖中，類(lèi)似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)了類(lèi)似的元素，并且其中圖1是依照本發(fā)明的方法的流程圖；圖2是依照本發(fā)明的一組節(jié)點(diǎn)的示意圖；圖3是依照本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)的剛體核心的示意圖；圖4是依照本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)的剛體核心的示意圖；圖5是由單個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的兩個(gè)剛體的示意圖；圖6是無(wú)法依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)確定為不可定位的、但可以依據(jù)本發(fā)明來(lái)確定的一組節(jié)點(diǎn)的示意圖；圖7是無(wú)法依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)定位的、但可以依據(jù)本發(fā)明來(lái)定位的一組節(jié)點(diǎn)的示意圖；圖8是待定位節(jié)點(diǎn)的示例性初始配置的示意圖；圖9是在進(jìn)行了本發(fā)明的部分執(zhí)行步驟之后，圖8中的節(jié)點(diǎn)的第一關(guān)聯(lián)的示意圖；圖10是在進(jìn)行了本發(fā)明的另一部分執(zhí)行步驟之后，圖8中的節(jié)點(diǎn)的第二關(guān)聯(lián)的示意圖；
圖11是在進(jìn)行了本發(fā)明的進(jìn)一步的執(zhí)行步驟之后，圖8中的節(jié)點(diǎn)的第三關(guān)聯(lián)的示意圖；圖12是執(zhí)行了依據(jù)本發(fā)明的步驟之后，圖8中的節(jié)點(diǎn)的最終關(guān)聯(lián)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
盡管本說(shuō)明被歸結(jié)為定義了本發(fā)明的被認(rèn)為是新穎的特征的權(quán)利要求書(shū)，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可以根據(jù)以下結(jié)合附圖作出的說(shuō)明來(lái)更好的理解本發(fā)明，其中類(lèi)似的附圖標(biāo)記接后。
本發(fā)明使用網(wǎng)絡(luò)的縮減命令建模(ROM)，由分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)來(lái)形成剛體。為了實(shí)現(xiàn)該建模，判定對(duì)于每一節(jié)點(diǎn)的可定位性、為了得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最小傳播誤差而采用的定位命令、以及應(yīng)被用于實(shí)現(xiàn)最佳定位的算法。
為了更加有效地對(duì)分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，需要為定位發(fā)現(xiàn)采用一種有效算法。為了達(dá)到縮減的空間，可以定義節(jié)點(diǎn)的子集，只要該子集具有足夠的置信度來(lái)對(duì)每一子集中的至少幾個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。如果可以?xún)H僅將這些子集(此處也被稱(chēng)為剛體)定位到其中所包含節(jié)點(diǎn)的恰好較小的子集，則定位效率增加了。通過(guò)依照特定系統(tǒng)來(lái)定義由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的剛體，則如果剛體中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)是可定位的，則可以將對(duì)形成該剛體的每一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。因此，本發(fā)明的定位系統(tǒng)是基于對(duì)形成剛體、或稱(chēng)為空間中的剛性結(jié)構(gòu)的每一步驟中的網(wǎng)絡(luò)搜索空間的縮減。
因此，本發(fā)明的系統(tǒng)致力于查找和識(shí)別分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)中的剛體。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)每一節(jié)點(diǎn)的唯一定位進(jìn)行查明，換言之，對(duì)節(jié)點(diǎn)可定位或不可定位的能力進(jìn)行調(diào)查和確定。如果該過(guò)程僅僅將時(shí)間花費(fèi)在對(duì)被確定為可定位的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位、以及盡早從進(jìn)一步調(diào)查中除去不可定位節(jié)點(diǎn)，則效率增加。
下文中將參照一個(gè)二維方案來(lái)說(shuō)明該系統(tǒng)。然而，相同的原理適用于三維設(shè)置?？梢酝ㄟ^(guò)在圖1中泛義闡述的五步驟程序以及下文中更加詳細(xì)的描述來(lái)說(shuō)明該定位系統(tǒng)。
最初，假定可以得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每一傳感器(即，節(jié)點(diǎn))的對(duì)等距離信息。
步驟100色系節(jié)點(diǎn)分類(lèi)依據(jù)特定特性將節(jié)點(diǎn)彼此分隔到不同的組中。此處，這些組是特定的色彩，包括綠色、紅色和藍(lán)色。
綠色節(jié)點(diǎn)是這樣的節(jié)點(diǎn)其與至少三個(gè)其他綠色節(jié)點(diǎn)、和/或不在同一幾何線上的參考節(jié)點(diǎn)鏈接。綠色節(jié)點(diǎn)是這樣的節(jié)點(diǎn)(導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn))其可以依據(jù)參考節(jié)點(diǎn)來(lái)漸進(jìn)地定位，并具有一個(gè)定位解。它們是網(wǎng)絡(luò)中的最“真實(shí)”的節(jié)點(diǎn)，并應(yīng)該被首先定位。
紅色節(jié)點(diǎn)是僅僅與一個(gè)或兩個(gè)不包括紅色節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)鏈接的節(jié)點(diǎn)。具體來(lái)講，紅色節(jié)點(diǎn)是這樣的節(jié)點(diǎn)其具有到其各自位置的超過(guò)一個(gè)的解，并應(yīng)該被據(jù)此處理。
最終，剩余的節(jié)點(diǎn)被定義為藍(lán)色節(jié)點(diǎn)。藍(lán)色節(jié)點(diǎn)是這樣的節(jié)點(diǎn)對(duì)于其是否可以在步驟100中被定位，仍存在不確定性。
步驟200形成包括所有藍(lán)色節(jié)點(diǎn)的組組形成過(guò)程開(kāi)始于一個(gè)藍(lán)色節(jié)點(diǎn)及其相鄰的藍(lán)色或者綠色節(jié)點(diǎn)(優(yōu)選的是藍(lán)色)。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)一起構(gòu)成一個(gè)特定組的種子對(duì)。為了生長(zhǎng)成為該組，使用以下規(guī)則連接到該組中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的任何藍(lán)色或者綠色節(jié)點(diǎn)成為該組的一部分。當(dāng)所有能夠被添加到該特定組的節(jié)點(diǎn)均被添加的時(shí)候，該過(guò)程結(jié)束。一旦該過(guò)程結(jié)束，該特定組形成了。重復(fù)該過(guò)程，直到在網(wǎng)絡(luò)中形成所有可能的組為止。
通過(guò)圖2中示出的范例來(lái)說(shuō)明步驟200初始節(jié)點(diǎn)對(duì)是由節(jié)點(diǎn)1和2構(gòu)成的。然后，由于節(jié)點(diǎn)3具有到該初始節(jié)點(diǎn)對(duì)的兩條鏈路，所以節(jié)點(diǎn)3加入該組。節(jié)點(diǎn)4和5按照類(lèi)似方式加入該組。新的組形成過(guò)程開(kāi)始于一個(gè)未被歸入之前定義的任一組中的藍(lán)色節(jié)點(diǎn)。如上所述地重復(fù)該過(guò)程，并繼續(xù)直到?jīng)]有剩下任何藍(lán)色節(jié)點(diǎn)為止。
進(jìn)一步對(duì)組進(jìn)行裁減，以定義● 邊緣節(jié)點(diǎn)(EN)一在一特定組中僅僅鏈接到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)；● 非平凡組核心(NTGC)-在除去邊緣節(jié)點(diǎn)之后具有超過(guò)三個(gè)節(jié)點(diǎn)的組；以及● 平凡組-三角形和鏈接的節(jié)點(diǎn)對(duì)。
結(jié)果得到的組是剛體或者是剛體的集合。
步驟300形成剛體這是一個(gè)在每一NTGC中如下發(fā)起的兩步驟過(guò)程a)從NTGC內(nèi)部的一個(gè)三角形(也被稱(chēng)為初始核心或者基本剛體)開(kāi)始，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)(經(jīng)由單個(gè)通信跳)鏈接到該漸進(jìn)形成的核心中的至少三個(gè)節(jié)點(diǎn)，則將該節(jié)點(diǎn)添加到該初始核心。這種漸進(jìn)鏈接產(chǎn)生了剛體核心(RBC)的定義。該兩步驟過(guò)程中的第一部分登記了作為該剛體部分的大多數(shù)節(jié)點(diǎn)。
參照?qǐng)D3說(shuō)明了該子步驟a)的一個(gè)范例。具體來(lái)講，初始三角形是由節(jié)點(diǎn)1、2，和3來(lái)形成的。由于節(jié)點(diǎn)4具有到初始核心的三個(gè)鏈路，所以節(jié)點(diǎn)4加入RBC，具體來(lái)講，節(jié)點(diǎn)4具有到節(jié)點(diǎn)1、2、和3中的每一個(gè)的一跳鏈路。最終，由于節(jié)點(diǎn)5具有到RBC的3個(gè)鏈路，該節(jié)點(diǎn)5加入RBC，具體來(lái)講，其具有到節(jié)點(diǎn)1、2、和4的一跳鏈路。
b)組中的RBC被擴(kuò)大，形成剛體。通過(guò)包括這樣的節(jié)點(diǎn)來(lái)形成剛體，即具有到已經(jīng)存在于RBC之中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的三條獨(dú)立路徑的節(jié)點(diǎn)。通過(guò)檢查由一跳連接到剛體的每一節(jié)點(diǎn)、并包括所有被審查具有到已經(jīng)存在于剛體之中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的三條獨(dú)立路徑的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步擴(kuò)大剛體。
圖4圖示出通過(guò)子步驟b)的過(guò)程形成的剛體。如前所述，初始三角形由節(jié)點(diǎn)1、2、和3來(lái)形成。很清楚，沒(méi)有其他節(jié)點(diǎn)具有到初始三角形的三條鏈路，但是由于節(jié)點(diǎn)4具有從節(jié)點(diǎn)4到初始三角形的不同節(jié)點(diǎn)的三條獨(dú)立路徑，所以節(jié)點(diǎn)4可以加入初始核心三角形；具體來(lái)講，在節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)3之間存在直接鏈路，在節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)2之間存在直接鏈路，并且存在從節(jié)點(diǎn)4到節(jié)點(diǎn)1的、經(jīng)由節(jié)點(diǎn)5、6、和7的獨(dú)立(即使是間接的)鏈路。同理，節(jié)點(diǎn)6和7也可以加入由節(jié)點(diǎn)1-4構(gòu)成的剛體。
如果RBC中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)還屬于另一RBC，則兩個(gè)RBC可以被合并成為一個(gè)剛體。該剛體繼續(xù)擴(kuò)展，直到所有節(jié)點(diǎn)均被吸收、并且所有RBC或者被吸收進(jìn)入剛體或者成為剛體本身為止。在該步驟300結(jié)束之前，每一藍(lán)色節(jié)點(diǎn)或者是組中的剛體的一部分，或者被定義為邊緣節(jié)點(diǎn)。
獨(dú)立路徑被定義為沒(méi)有公共節(jié)點(diǎn)的路徑，而不是被定義為沒(méi)有公共邊緣的路徑(傳統(tǒng)方式)。這樣一種定義避免了比如這樣的判定剛體A和剛體B構(gòu)成更大的剛體，而實(shí)際上它們并不是這樣。例如，圖5中示出了這樣一種狀態(tài)。
步驟400形成傳感器網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)中的所有藍(lán)色節(jié)點(diǎn)均被分配為或者是剛體的一部分，或者是一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)?；诖颂幩x的剛體的特性，只要對(duì)其組成節(jié)點(diǎn)中的不位于一條幾何線中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了定位，則可以對(duì)每一剛體的整體進(jìn)行定位。由此，之前的對(duì)每一個(gè)藍(lán)色節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的復(fù)雜問(wèn)題被簡(jiǎn)化為兩個(gè)極其簡(jiǎn)單的問(wèn)題a)僅僅對(duì)剛體(更不用說(shuō)自由度，即每一剛體僅僅需要對(duì)該剛體上的三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定位)和邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位；以及b)一旦定位了剛體，則對(duì)每一剛體內(nèi)部的成員節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位(可以通過(guò)對(duì)其未在一個(gè)幾何線上的三個(gè)成員節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位而作出的確定結(jié)果)。
步驟500基于縮減命令模型評(píng)估每一剛體的定位能力用于判定一個(gè)體在兩維中是否可定位的簡(jiǎn)單法則的范例包括a)如果剛體具有三個(gè)或更多參考和/或?qū)С鰠⒖脊?jié)點(diǎn)，則該剛體上的每一節(jié)點(diǎn)得到定位；b)如果剛體具有兩個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)和鏈接到至少一個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)(與這兩個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)不在一條幾何線上)，則該剛體上的每一節(jié)點(diǎn)得到定位c)如果剛體具有一個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)或作為參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)的邊緣節(jié)點(diǎn)，并且還具有鏈接到至少兩個(gè)其他參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)的至少兩個(gè)其他節(jié)點(diǎn)(不在一個(gè)幾何線中)，則該剛體上的每一節(jié)點(diǎn)得到定位；d)如果剛體不具有參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)，但是具有鏈接到至少三個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)的至少三個(gè)其他節(jié)點(diǎn)(不在一個(gè)幾何線中)，所述至少三個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)至少具有到該剛體的兩條鏈路，則該剛體上的每一節(jié)點(diǎn)得到定位；以及e)如果剛體得到定位，則如果該剛體的任何邊緣節(jié)點(diǎn)被鏈接到一個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)或者另一得到定位的剛體，則該特定邊緣節(jié)點(diǎn)也得到定位。
如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有到參考節(jié)點(diǎn)的三條獨(dú)立路徑，則傳統(tǒng)方法將該節(jié)點(diǎn)定義為可定位的。這些方法漠視了網(wǎng)絡(luò)的全局圖像，并且常常導(dǎo)致有關(guān)位置的錯(cuò)誤判定。簡(jiǎn)而言之，在一張映射圖上旋轉(zhuǎn)一個(gè)點(diǎn)不產(chǎn)生任何變化，直到觀察到該點(diǎn)屬于一個(gè)更大的體的一部分、并且該旋轉(zhuǎn)將影響到該作為其一部分的總系統(tǒng)的定位為止。為了舉例說(shuō)明這一點(diǎn)，參照?qǐng)D6來(lái)解釋以下范例。使用傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)規(guī)則，剛體C內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)都將被確定為可定位的，因?yàn)樗羞@些節(jié)點(diǎn)都具有到參考節(jié)點(diǎn)1、2、3的獨(dú)立路徑。然而，它們并不是可定位的。實(shí)際上，剛體C內(nèi)部的三個(gè)節(jié)點(diǎn)具有兩個(gè)分立的定位解。第一個(gè)解是通過(guò)黑節(jié)點(diǎn)來(lái)圖示的，而第二個(gè)解是通過(guò)白節(jié)點(diǎn)來(lái)圖示的這些組節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)是這些組節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)的旋轉(zhuǎn)形式。經(jīng)由本發(fā)明的剛體縮減命令模型和在上文步驟500中的規(guī)則d)，除了成功定位的解決方案之外，這樣一種情況也得到了識(shí)別，因?yàn)槿鐖D7所示，至少三個(gè)其他節(jié)點(diǎn)1、2、3(并不在一條幾何線中)，被鏈接D到至少三個(gè)參考/導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)(剛體C內(nèi)部的三個(gè)節(jié)點(diǎn))，其他節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)1具有到該剛體的至少兩條鏈路D。
下文闡述了一種示例的多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且對(duì)該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了本發(fā)明的算法。正如所示，該算法容易地識(shí)別出了剛體，并且將可定位的剛體與不可定位的剛體區(qū)分開(kāi)。
在首先在圖8中圖示出的示例性仿真中，選擇了一個(gè)樣本矩形觀測(cè)空間(僅僅為了例證說(shuō)明的目的而選擇了該空間)。在圖8的空間中隨機(jī)地放置了節(jié)點(diǎn)(在該范例中為28個(gè))，節(jié)點(diǎn)中的五個(gè)是參考節(jié)點(diǎn)802(用三角形表示)，剩余節(jié)點(diǎn)804待被評(píng)估定位能力(用圓形表示)。在本范例中，假定每一節(jié)點(diǎn)均具有一個(gè)平均通信距離，該平均通信距離近似地延伸了總水平距離的五分之一，并且近似地延伸了總垂直距離的五分之一。因而，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的線分別表示由該線連接的這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在彼此的通信距離之內(nèi)。
圖9圖示出執(zhí)行步驟100之后的結(jié)果。與至少三個(gè)其他綠色節(jié)點(diǎn)或者參考節(jié)點(diǎn)802鏈接的每一節(jié)點(diǎn)均被認(rèn)為是一個(gè)綠色節(jié)點(diǎn)。紅色節(jié)點(diǎn)808、也被稱(chēng)為丟失節(jié)點(diǎn)，被定義為僅僅與不包括其他紅色節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)其他節(jié)點(diǎn)鏈接的那些節(jié)點(diǎn)。剩余節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)都被定義為藍(lán)色節(jié)點(diǎn)。在圖9中，較大的點(diǎn)(綠色)表示導(dǎo)出參考節(jié)點(diǎn)806，而正方形(紅色)表示節(jié)點(diǎn)808，即丟失的、或者具有相對(duì)于它們的相鄰節(jié)點(diǎn)的或者兩個(gè)離散的或者圓形的路徑解。
圖10圖示出執(zhí)行步驟200之后的結(jié)果。具體來(lái)講，種子對(duì)由各自的藍(lán)色節(jié)點(diǎn)以及它的相鄰藍(lán)色或者綠色節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。然后，通過(guò)將與各自組內(nèi)部的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的任何藍(lán)色或綠色節(jié)點(diǎn)添加進(jìn)入各自的組中，來(lái)生長(zhǎng)成為這些組。步驟200的結(jié)果將網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個(gè)組。圖11圖示出執(zhí)行步驟300的結(jié)果。三個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始核心被找到。在范例中，選擇了三個(gè)初始核心，并且用粗實(shí)線表示出。從這些初始核心開(kāi)始，將節(jié)點(diǎn)添加給每一個(gè)。在按照步驟300添加了全部可能的節(jié)點(diǎn)之后，三個(gè)初始核心產(chǎn)生了三個(gè)剛體RB1、RB2、RB3。
圖12描繪了由步驟400產(chǎn)生的最終縮減命令模型。簡(jiǎn)而言之，圖12示出了結(jié)果得到的剛體(RB1，RB2，RB3)和它們與任何外部網(wǎng)絡(luò)元件(其他剛體和節(jié)點(diǎn))的連接(即，實(shí)線)。然后，應(yīng)用步驟500的規(guī)則來(lái)判定對(duì)剛體定位的可能性。實(shí)質(zhì)上，為了將定位誤差最小化，每一個(gè)識(shí)別出的可以被定位的剛體均被單獨(dú)地放置于各自的局部坐標(biāo)系上(因?yàn)榫退P(guān)心的測(cè)距誤差而言，它們是非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu))，而沒(méi)有考慮該剛體外部的任何節(jié)點(diǎn)。
這樣一種努力將剛體的坐標(biāo)系放置在整體坐標(biāo)系(換言之，綠色節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系)的內(nèi)部。根據(jù)圖12和步驟500的規(guī)則，本發(fā)明的系統(tǒng)容易地識(shí)別出RB3是可定位的(因?yàn)樗鼭M(mǎn)足規(guī)則d))，但是RB1和RB2并不是可定位的(因?yàn)镽B1不滿(mǎn)足規(guī)則d)或者任何其他規(guī)則，而RB2不滿(mǎn)足規(guī)則c)或者任何其他規(guī)則)
盡管如此，如果某些定位信息有價(jià)值，仍可以為RB1和RB2提取局部定位信息(例如，即使未對(duì)RB1和RB2唯一地定位，它們?nèi)钥梢跃哂幸粋€(gè)它們可能歸屬的可確認(rèn)位置的特定集合)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以被應(yīng)用于具有確定范圍能力的任何分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)。類(lèi)似的步驟(即，劃分色彩和不同級(jí)別的分組)和類(lèi)似的可定位性規(guī)則(有點(diǎn)類(lèi)似于在500步驟中那些規(guī)則)可以被用于三維網(wǎng)絡(luò)中的剛體發(fā)現(xiàn)。
盡管已經(jīng)圖示出和描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，仍很清楚的是本發(fā)明沒(méi)有因此被限制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將作出大量改進(jìn)、改變、變動(dòng)、置換和等效，而不背離所附權(quán)利要求書(shū)中定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的方法，包括由網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)形成至少一個(gè)剛體；和使用該至少一個(gè)剛體判定節(jié)點(diǎn)是否是可定位的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括根據(jù)定位狀態(tài)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)；基于定位狀態(tài)分類(lèi)，對(duì)節(jié)點(diǎn)分組；以及由至少一組的分組后節(jié)點(diǎn)形成至少一個(gè)剛體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括由至少一組的分組后節(jié)點(diǎn)形成剛體
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括使用網(wǎng)絡(luò)定義空間以及將至少一個(gè)剛體定義為該空間內(nèi)部的非變形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括僅僅對(duì)至少一個(gè)剛體內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位；以及從進(jìn)一步的調(diào)查中除去至少一個(gè)剛體外部的所有節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括作出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點(diǎn)的可用對(duì)等距離信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括為節(jié)點(diǎn)提供未被定位的節(jié)點(diǎn)；以及每一個(gè)均具有已定義的定位的參考節(jié)點(diǎn)。
8.用于對(duì)多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的方法，包括通過(guò)以下步驟獲得網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型；根據(jù)定位狀態(tài)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)；基于定位狀態(tài)分類(lèi)，對(duì)節(jié)點(diǎn)分組；以及由至少一組的分組后節(jié)點(diǎn)來(lái)定義和識(shí)別至少一個(gè)剛體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其還包括使用該至少一個(gè)剛體判定節(jié)點(diǎn)是否是可定位的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其還包括由至少一組的分組后節(jié)點(diǎn)來(lái)定義和識(shí)別多個(gè)剛體。
全文摘要
用于對(duì)多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的方法形成剛體(RB1、RB2、RB3)，并且根據(jù)節(jié)點(diǎn)，并使用該剛體來(lái)判定節(jié)點(diǎn)是否是可定位的。該方法通過(guò)將所有節(jié)點(diǎn)按其定位狀態(tài)分類(lèi)、基于分類(lèi)將它們歸組、并且通過(guò)組來(lái)定義和識(shí)別剛體，獲得該網(wǎng)絡(luò)的縮減命令模型(ROM)。該方法通過(guò)基于分類(lèi)后的定位狀態(tài)、由節(jié)點(diǎn)來(lái)形成剛體，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)定位的可確定性。為了定位節(jié)點(diǎn)，基于特性，節(jié)點(diǎn)被彼此分隔成為子集(100)。然后，由一個(gè)子集來(lái)形成組(200)，并由組來(lái)形成剛體(300)。由剛體組成ROM(400)，并基于ROM來(lái)評(píng)估剛體的定位能力(500)。
文檔編號(hào)H04W40/24GK1781324SQ200480011131
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者斯皮羅斯·基佩爾奧塔斯, 牛鋒, 石奇才 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司