專利名稱：一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法。
背景技術(shù)：
無線傳感網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了智能傳感器、無線智能傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三個階段；由于微機電系統(tǒng)(MEMS)、片上系統(tǒng)(S0C)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，20世紀(jì) 90年代出現(xiàn)了現(xiàn)代意義的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以其低成本、低功耗、分布式和自組織的特點在信息感知領(lǐng)域起到了重要的作用；隨機性的部署與動態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了傳感器節(jié)點位置的未知性，然而節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)必須結(jié)合其自身的位置信息才有意義；應(yīng)用于實際監(jiān)測場合，通過節(jié)點位置信息，可以選擇最短路由來傳遞信息，從而節(jié)省了能量，滿足了低功耗的要求；另外，信息的無線傳輸是消耗能量的主要原因，根據(jù)節(jié)點的位置信息，選擇特定區(qū)域的傳感器節(jié)點來獲取特定區(qū)域的信息，這樣可以降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功耗，延長整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生命周期；鑒于定位在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的重要性，一系列的定位算法和定位系統(tǒng)應(yīng)運而生。如質(zhì)心(sentroid)定位算法、DV_hop算法、Amorphous定位算法、APIT算法、CBA (Concentric Anchor-Beacons)定位算法、Sequence-Based定位算法等等，然而目前卻很難找到一種適用于節(jié)點不均勻性分布的條件下，減少通信開銷、降低功耗的同時獲得較高定位精度的算法，而且目前的定位算法是應(yīng)用在一種理想的節(jié)點分布結(jié)構(gòu)區(qū)域的算法，這種算法需要額外的硬件設(shè)備支持；本發(fā)明針對這個難題，根據(jù)實際部署中節(jié)點分布的不均勻性，結(jié)合現(xiàn)有定位算法，提供一種基于節(jié)點分布密度的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點定位方法，該方法具有低功耗、低成本的優(yōu)點，且在節(jié)點不均勻性分布的條件下仍能達(dá)到應(yīng)用要求的高定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感器節(jié)點定位方法，該方法解決了無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法精度不高以及傳統(tǒng)算法對節(jié)點分布不均勻性的敏感問題，且具有低功耗、低成本的優(yōu)點，并在節(jié)點不均勻性分布的條件下仍能達(dá)到應(yīng)用要求的高定位精度。本發(fā)明解決其關(guān)鍵問題所采用的方案是基于節(jié)點分布密度來構(gòu)建節(jié)點分布疏密區(qū)域模型，巧妙運用DV-hop算法和Amorphous算法,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)未知節(jié)點的定位；針對節(jié)點分布不均勻的網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明算法通過連通性信息，劃分節(jié)點分布的密集和疏散區(qū)，來構(gòu)建這些簡單定位算法的較理想應(yīng)用區(qū)域，從而滿足它們各自應(yīng)用的條件，提高定位的精確度，避免了傳統(tǒng)算法對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不均勻分布的敏感性問題。在計算上，該方法首先對大面積的密集區(qū)域未知節(jié)點進行定位，根據(jù)DV-hop算法獲取未知節(jié)點到信標(biāo)節(jié)點的最小跳數(shù)，然后信標(biāo)節(jié)點計算出網(wǎng)絡(luò)平均每跳距離，再把網(wǎng)絡(luò)平均每跳距離和最小跳數(shù)的乘積作為未知節(jié)點到參考節(jié)點之間的估計距離，最后利用三邊
4測量法獲得節(jié)點的位置；在位置已知節(jié)點大大增加的基礎(chǔ)上，把他們都作為信標(biāo)節(jié)點，根據(jù) Amorphous定位算法直接使用節(jié)點的通信半徑為平均每跳距離，得到局部疏散區(qū)域未知節(jié)點的位置。其定位算法方法具體包括以下步驟
I、從無線傳感網(wǎng)絡(luò)中均勻選取多個信標(biāo)節(jié)點，預(yù)設(shè)所選取信標(biāo)節(jié)點的位置信息及通信半徑。2、統(tǒng)計所選的每個信標(biāo)節(jié)點的鄰居節(jié)點個數(shù)，并計算網(wǎng)絡(luò)平均鄰居節(jié)點個數(shù)。3、求取所選每一信標(biāo)節(jié)點在其直接通信范圍內(nèi)的節(jié)點分布密度和整個網(wǎng)絡(luò)的信標(biāo)節(jié)點直接通信范圍內(nèi)的節(jié)點平均分布密度。4、設(shè)定密集區(qū)域信標(biāo)節(jié)點和疏散區(qū)域信標(biāo)節(jié)點，把整個網(wǎng)絡(luò)劃分成大面積的密集區(qū)和局部的疏散區(qū)。5、對大面積密集區(qū)域的未知節(jié)點進行定位。6、對局部疏散區(qū)域的未知節(jié)點進行定位，從而完成了對整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位。上述所述方法，步驟I中的均勻選取多個節(jié)點為信標(biāo)節(jié)點，其位置信息是指信標(biāo)節(jié)點的位置坐標(biāo)(X，y)和ID;選取原則為假設(shè)總共布置/7個傳感器節(jié)點的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地域面積為&并把這個區(qū)域視為有m個面積為Jrr2的小區(qū)域構(gòu)成，滿足
權(quán)利要求
1.一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法，包括以下步驟(1)從無線傳感網(wǎng)絡(luò)中均勻選取多個信標(biāo)節(jié)點，預(yù)設(shè)所選取信標(biāo)節(jié)點的位置信息及通信半徑；(2)統(tǒng)計所選的每個信標(biāo)節(jié)點的鄰居節(jié)點個數(shù)，并計算網(wǎng)絡(luò)平均鄰居節(jié)點個數(shù)；(3)求取所選每一信標(biāo)節(jié)點在其直接通信范圍內(nèi)的節(jié)點分布密度和整個網(wǎng)絡(luò)的信標(biāo)節(jié)點直接通信范圍內(nèi)的節(jié)點平均分布密度；(4)設(shè)定密集區(qū)域信標(biāo)節(jié)點和疏散區(qū)域信標(biāo)節(jié)點，把整個網(wǎng)絡(luò)劃分成大面積的密集區(qū)和局部的疏散區(qū)；(5)對大面積密集區(qū)域的未知節(jié)點進行定位；(6)對局部疏散區(qū)域的未知節(jié)點進行定位，從而完成了對整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法， 其特征在于所述步驟I中的均勻選取多個節(jié)點為信標(biāo)節(jié)點，其位置信息是指信標(biāo)節(jié)點的位置坐標(biāo)U，y)和ID;選取原則為假設(shè)總共布置個傳感器節(jié)點的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地域面積為S，并把這個區(qū)域視為有m個面積為Jrr2的小區(qū)域構(gòu)成，滿足
3.如權(quán)利要求I所述的一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法，其特征在于步驟2中所述的鄰居節(jié)點指在信標(biāo)節(jié)點通信半徑范圍內(nèi)的所有節(jié)點，根據(jù)鄰居節(jié)點發(fā)送回復(fù)的確認(rèn)信息包中的不同ID，來統(tǒng)計其鄰居節(jié)點的個數(shù)巧、&、…務(wù)、…忍。，計算O.網(wǎng)絡(luò)平均鄰居節(jié)點個數(shù)
4.如權(quán)利要求I所述的一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法，其特征在于步驟3中所選每一信標(biāo)節(jié)點在其直接通信范圍內(nèi)的節(jié)點分布密度為
5.如權(quán)利要求I所述的一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法，其特征在于步驟4中當(dāng)滿足
6.如權(quán)利要求I所述的一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法，其特征在于步驟5中所述的對大面積密集區(qū)域的未知節(jié)點進行定位指只把密集區(qū)域信標(biāo)節(jié)點作為信標(biāo)節(jié)點，疏散區(qū)域信標(biāo)節(jié)點和其鄰居節(jié)點只充當(dāng)通信和路由的作用，不作為信標(biāo)節(jié)點，運用DV-hop方法，來完成大面積的密集區(qū)域未知節(jié)點定位。
7.如權(quán)利要求I所述的一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法，其特征在于步驟6中所述的對疏散區(qū)域未知節(jié)點進行定位指把疏散區(qū)域的信標(biāo)節(jié)點和密集區(qū)域的所有節(jié)點作為信標(biāo)節(jié)點，由疏散區(qū)域信標(biāo)節(jié)點把平均跳距都設(shè)為r，告知其鄰居節(jié)點， 用平均跳距r乘上最小跳數(shù)作為未知節(jié)點到信標(biāo)節(jié)點的距離，最后用三邊測量法來計算局部疏散區(qū)域未知節(jié)點的坐標(biāo)，從而完成了對整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線傳感技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于節(jié)點分布密度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法。本發(fā)明解決其關(guān)鍵問題所采用的方案是基于節(jié)點分布密度來構(gòu)建節(jié)點分布疏密區(qū)域模型，巧妙運用DV-hop算法和Amorphous算法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)未知節(jié)點的定位；針對節(jié)點分布不均勻的網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明算法通過連通性信息，劃分節(jié)點分布的密集和疏散區(qū)，來構(gòu)建這些簡單定位算法的較理想應(yīng)用區(qū)域，從而滿足它們各自應(yīng)用的條件，提高定位的精確度，避免了傳統(tǒng)算法對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不均勻分布的敏感性問題。
文檔編號H04W64/00GK102595594SQ201210039808
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者丁建寧, 凌智勇, 張利, 張忠強, 程廣貴, 郭立強, 雷益 申請人:江蘇大學(xué)