專利名稱：一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種由大量低復(fù)雜度傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成的無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等基本功能。無線傳感網(wǎng)絡(luò)最初是在軍事領(lǐng)域提出的，現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到反恐、防爆、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、家居、商業(yè)、工業(yè)等眾多領(lǐng)域。在眾多的應(yīng)用中，位置信息是采集信息中不可缺少的部分，沒有位置信息的監(jiān)測消息通常毫無意義。因此，確定節(jié)點(diǎn)的位置是傳感網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一，對傳感網(wǎng)絡(luò)的有效性起著關(guān)鍵作用?，F(xiàn)有節(jié)點(diǎn)定位方法可分為基于距離的定位方法和距離無關(guān)定位方法?；诰嚯x的節(jié)點(diǎn)定位方法通過測量節(jié)點(diǎn)間的絕對距離或者方位角，利用節(jié)點(diǎn)定位的基本計(jì)算方法， 計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置。基于距離的節(jié)點(diǎn)定位方法定位精度往往比較高，但硬件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，成本很高，且定位容易受到外部環(huán)境的影響。距離無關(guān)定位方法通過網(wǎng)絡(luò)的連通性估計(jì)節(jié)點(diǎn)間的距離，以此計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置。距離無關(guān)定位算法定位精度比基于距離的節(jié)點(diǎn)定位算法低，但硬件設(shè)計(jì)簡單，功耗和成本相對較低。因此，距離無關(guān)定位方法備受關(guān)注。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的不斷深入，二維定位算法已經(jīng)越來越不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，在實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)往往分布于三維空間等地形比較復(fù)雜的環(huán)境中。因此，三維空間中的定位方法十分必要?，F(xiàn)存的節(jié)點(diǎn)定位方法都存在節(jié)點(diǎn)定位精度和節(jié)點(diǎn)計(jì)算量之間的矛盾若要取得較高的定位精度，則節(jié)點(diǎn)的計(jì)算量往往很大，這就會大量消耗節(jié)點(diǎn)的能量，減少節(jié)點(diǎn)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法。本發(fā)明的定位方法中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過GPS接收機(jī)來獲取自身的位置信息。信標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位后，按照不同功率分層策略，功率逐級遞增定時(shí)廣播信標(biāo)信息，包括信標(biāo)節(jié)點(diǎn)ID、位置坐標(biāo)(X，Y，Z)、功率分層策略標(biāo)志、發(fā)射功率級別N和功率最小變化射程。未知節(jié)點(diǎn)接收信標(biāo)信息，并將信標(biāo)信息存儲到本地信息表中，信息表包括未知節(jié)點(diǎn)ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)，以及經(jīng)過簡單計(jì)算后的兩種分層策略中的功率射程上下區(qū)間。未知節(jié)點(diǎn)讀取本地信息表，根據(jù)功率發(fā)送分層策略1，將定位區(qū)域劃分為若干立方體，建立坐標(biāo)系。未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果一個(gè)立方體在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄加1，遍歷所有立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的立方體區(qū)域坐標(biāo)信息。未知節(jié)點(diǎn)讀取信息表，按照功率分層策略 2的信標(biāo)信息，將獲取的立方體區(qū)域再次劃分為若干個(gè)小立方體，并建立坐標(biāo)系。未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)小立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果一個(gè)小立方體在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄加1。未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的小立方體，以此小立方體的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置，定位完成。 一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法如下1)在待定位區(qū)域內(nèi)將未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)布放；2)布放完成后，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)利用GPS接收機(jī)接收GPS信號，確定自身的精確位置；3)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)按照大小不同的功率最小變化射程逐級增加功率，功率逐級遞增定時(shí)廣播信標(biāo)信息，包括信標(biāo)節(jié)點(diǎn)編號、位置坐標(biāo)、功率分層標(biāo)志ι和2、發(fā)射功率級別N和功率最小變化射程，功率最小變化射程為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率每次變化的功率間隔；4)未知節(jié)點(diǎn)接收信標(biāo)信息，并將信標(biāo)信息存儲到自身的信息表中；5)未知節(jié)點(diǎn)讀取信息表，按照功率分層標(biāo)志1的信標(biāo)信息，將定位空間分成若干立方體，建立坐標(biāo)系；6)未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果該立方體在一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為1 ；如果該立方體在N個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為N ；7)未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的立方體區(qū)域坐標(biāo)信息；8)未知節(jié)點(diǎn)讀取信息表，根據(jù)按照功率分層策略2的信標(biāo)信息，將步驟7)中的立方體區(qū)域再次劃分為若干個(gè)小立方體，并建立坐標(biāo)系；9)未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)小立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果該小立方體在一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為1 ；如果該立方體在N個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為N ；10)未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的小立方體，以此小立方體的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置，定位結(jié)束。步驟4)中所述的信息表包括未知節(jié)點(diǎn)自身ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、分層標(biāo)志1功率下限、分層標(biāo)志1功率上限、分層標(biāo)志2功率下限、分層標(biāo)志2功率上限、初次定位立方體區(qū)域坐標(biāo)信息、小立方體區(qū)域坐標(biāo)信息；功率上限為能夠到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的功率級別最小值，下限為不能夠到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的功率級別最大值。步驟6)中所述的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為未知節(jié)點(diǎn)能夠接收到信標(biāo)信息的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量。本發(fā)明利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信標(biāo)信息進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位，無需測量各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離，降低了節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度，降低了網(wǎng)絡(luò)成本和外界環(huán)境因素對定位性能的影響；采用分布式定位方法，未知節(jié)點(diǎn)獨(dú)立計(jì)算自身位置，具有較好的魯棒性；將定位區(qū)域兩次劃分， 在減小節(jié)點(diǎn)計(jì)算量的情況下，提高了節(jié)點(diǎn)定位精度。


圖1是信標(biāo)節(jié)點(diǎn)功率分層標(biāo)志示意圖。
圖2是本發(fā)明的工作方法軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施 例一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法如下1)在待定位區(qū)域內(nèi)將未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)布放；2)布放完成后，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)利用GPS接收機(jī)接收GPS信號，確定自身的精確位置；3)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)按照大小不同的功率最小變化射程逐級增加功率，功率逐級遞增定時(shí)廣播信標(biāo)信息，包括信標(biāo)節(jié)點(diǎn)編號、位置坐標(biāo)、功率分層標(biāo)志1和2、發(fā)射功率級別N和功率最小變化射程，功率最小變化射程為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率每次變化的功率間隔；4)未知節(jié)點(diǎn)接收信標(biāo)信息，并將信標(biāo)信息存儲到自身的信息表中；5)未知節(jié)點(diǎn)讀取信息表，按照功率分層標(biāo)志1的信標(biāo)信息，將定位空間分成若干立方體，建立坐標(biāo)系；6)未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果該立方體在一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為1 ；如果該立方體在N個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為N ；7)未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的立方體區(qū)域坐標(biāo)信息；8)未知節(jié)點(diǎn)讀取信息表，根據(jù)按照功率分層策略2的信標(biāo)信息，將步驟7)中的立方體區(qū)域再次劃分為若干個(gè)小立方體，并建立坐標(biāo)系；9)未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)小立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果該小立方體在一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為1 ；如果該立方體在N個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為N ；10)未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的小立方體，以此小立方體的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置，定位結(jié)束。步驟4)中所述的信息表包括未知節(jié)點(diǎn)自身ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、分層標(biāo)志1功率下限、分層標(biāo)志1功率上限、分層標(biāo)志2功率下限、分層標(biāo)志2功率上限、初次定位立方體區(qū)域坐標(biāo)信息、小立方體區(qū)域坐標(biāo)信息；功率上限為能夠到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的功率級別最小值，下限為不能夠到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的功率級別最大值。步驟6)中所述的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為未知節(jié)點(diǎn)能夠接收到信標(biāo)信息的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法，其特征在于，方法如下1)在待定位區(qū)域內(nèi)將未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)布放；2)布放完成后，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)利用GPS接收機(jī)接收GPS信號，確定自身的精確位置；3)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)按照大小不同的功率最小變化射程逐級增加功率，功率逐級遞增定時(shí)廣播信標(biāo)信息，包括信標(biāo)節(jié)點(diǎn)編號、位置坐標(biāo)、功率分層標(biāo)志1和2、發(fā)射功率級別N和功率最小變化射程，功率最小變化射程為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率每次變化的功率間隔；4)未知節(jié)點(diǎn)接收信標(biāo)信息，并將信標(biāo)信息存儲到自身的信息表中；5)未知節(jié)點(diǎn)讀取信息表，按照功率分層標(biāo)志1的信標(biāo)信息，將定位空間分成若干立方體，建立坐標(biāo)系；6)未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果該立方體在一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為1 ；如果該立方體在N個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為N ；7)未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的立方體區(qū)域坐標(biāo)信息；8)未知節(jié)點(diǎn)讀取信息表，根據(jù)按照功率分層策略2的信標(biāo)信息，將步驟7)中的立方體區(qū)域再次劃分為若干個(gè)小立方體，并建立坐標(biāo)系；9)未知節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)小立方體建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，如果該小立方體在一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為1 ；如果該立方體在N個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率射程之內(nèi)，則此小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為N ；10)未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有小立方體的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄，獲取具有最大信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄的小立方體，以此小立方體的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置，定位結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法，其特征在于，步驟4)中所述的信息表包括未知節(jié)點(diǎn)自身ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)ID、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、分層標(biāo)志1功率下限、分層標(biāo)志1功率上限、分層標(biāo)志2功率下限、分層標(biāo)志2功率上限、初次定位立方體區(qū)域坐標(biāo)信息、小立方體區(qū)域坐標(biāo)信息；功率上限為能夠到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的功率級別最小值，下限為不能夠到達(dá)未知節(jié)點(diǎn)的功率級別最大值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法，其特征在于，步驟6)中所述的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)記錄為未知節(jié)點(diǎn)能夠接收到信標(biāo)信息的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
全文摘要
一種三維空間無線傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域二次分割迭代定位方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。在本發(fā)明的定位方法中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過GPS接收機(jī)來獲取自身的位置信息。信標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位后，按照不同功率分層策略，功率逐級遞增定時(shí)廣播信標(biāo)信息。未知節(jié)點(diǎn)接收信標(biāo)信息，并將信標(biāo)信息存儲到本地信息表中。未知節(jié)點(diǎn)讀取本地信息表，將定位區(qū)域先后分割兩次，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)分別投票兩次，最后選取合適區(qū)域的質(zhì)心作為節(jié)點(diǎn)位置。本方法可以有效降低節(jié)點(diǎn)計(jì)算量，提高定位精度。
文檔編號H04W64/00GK102158957SQ201110059120
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者任玉鑫, 孟祥沾, 朱振興, 朱衍波, 邢建平, 馬兵 申請人:山東大學(xué)