專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位方法，尤其是一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，屬于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network,WSN)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象信息，并發(fā)送給觀察者。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)集合了傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)于一體，通過(guò)傳感器與外界交互，完成數(shù)據(jù)采集、處理、通信及管理等功能。在許多情況下，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)需要知道自身的物理位置。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，不知道傳感器位置而感知的數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的。然而在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)手動(dòng)設(shè)置位置或是為其配置一個(gè)GPS (Global Positioning System)接收機(jī)都是不可能的。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位主要分為兩類(lèi):一類(lèi)就是對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)定位，而另一類(lèi)則是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)本身的定位，即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位。在節(jié)點(diǎn)位置信息并非全部可知的情況下，節(jié)點(diǎn)自定位算法顯然是目標(biāo)定位算法的前提。因此，在多數(shù)應(yīng)用中，準(zhǔn)確而開(kāi)銷(xiāo)小的傳感器定位至關(guān)重要。獲得傳感器節(jié)點(diǎn)位置至少有以下幾方面的用途:首先，節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)必須與測(cè)量坐標(biāo)系內(nèi)的位置結(jié)合，沒(méi)有位置信息的數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有利用價(jià)值；其次，傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些系統(tǒng)功能，比如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?、基于地理信息的路由等，需要位置信息，另外己知位置可?yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間的值守調(diào)度機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)中冗余節(jié)點(diǎn)不定期地輪休以延長(zhǎng)壽命；最后，位置信息對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)性應(yīng)用非常重要，更為重要的是，隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，很自然地會(huì)出現(xiàn)更多基于位置信息的協(xié)議和應(yīng)用。正是基于上述原因，傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的最基本也是最重要的條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，其能減少無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位的能量消耗，獲得較精確的定位結(jié)果，適應(yīng)性強(qiáng)。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，所述定位方法包括如下步驟:a、節(jié)點(diǎn)的拋灑:隨機(jī)在設(shè)定區(qū)域內(nèi)拋灑所需數(shù)量的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；b、節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)關(guān)系的獲取:對(duì)于所有傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)和周?chē)鷤鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換，來(lái)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系，建立無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)關(guān)系表；C、節(jié)點(diǎn)的粗定位:利用上述跳數(shù)關(guān)系表，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行粗定位；
d、迭代求精:對(duì)上述粗定位進(jìn)行循環(huán)迭代，以獲取所需精度的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。所述步驟b中，采用距離矢量交換方法來(lái)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系。所述步驟c中，利用DV-HoP方法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行粗定位。在利用DV-HoP算法進(jìn)行粗定位時(shí)，利用全網(wǎng)平均每跳距離代替最近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的平均節(jié)點(diǎn)距離。所述步驟d中，利用Atiken迭代方法，建立迭代模型，以對(duì)所述粗定位進(jìn)行循環(huán)迭代。所述利用Atiken迭代方法時(shí)，所設(shè)定的迭代終止條件包括最大迭代次數(shù)及迭代精度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):采用距離矢量交換方法來(lái)獲取無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)關(guān)系，以建立跳數(shù)關(guān)系表，根據(jù)跳數(shù)關(guān)系表利用DV-Hop方法進(jìn)行粗定位，利用Aitken迭代方法進(jìn)行迭代運(yùn)算，以獲取精確的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，能減少無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位的能量消耗，獲得較精確的定位結(jié)果，適應(yīng)性強(qiáng)。


圖1、2為本發(fā)明與現(xiàn)有定位方法在定位精度上比較的仿真示意圖，其中:圖1為在不同通信半徑作用下定位方法的比較仿真示意圖。圖2為在不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例作用下定位方法的比較仿真示意圖。圖3為本發(fā)明與現(xiàn)有定位方法在適應(yīng)性上比較的仿真示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。為了能夠?qū)o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確定位，滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用要求，本發(fā)明的定位方法包括如下步驟，具體地:a、節(jié)點(diǎn)的拋灑:隨機(jī)在設(shè)定區(qū)域內(nèi)拋灑所需數(shù)量的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，其應(yīng)用領(lǐng)域一般是較復(fù)雜的地理環(huán)境，如水下、森林、軍事場(chǎng)合等等，這些場(chǎng)合不可能由人工一個(gè)個(gè)按照固定的布局布置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。所以，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)拋灑是唯一的方式，隨機(jī)拋灑所帶來(lái)的影響就是對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)中傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的布局不是固定的。b、節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)關(guān)系的獲取:對(duì)于所有傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)和周?chē)鷤鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換，來(lái)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系，建立無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)關(guān)系表；具體地，所述跳數(shù)計(jì)算是根據(jù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)是指無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中帶有定位裝置或知道自身坐標(biāo)信息的節(jié)點(diǎn)；鄰居節(jié)點(diǎn)是指能接收到節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，即是說(shuō)在某節(jié)點(diǎn)通信距離內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自身位置信息的分組，其中所述分組信息包括跳數(shù)字段，且將該值初始化為O。接收節(jié)點(diǎn)記錄到每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，同時(shí)忽略來(lái)自同一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的較大的跳數(shù)，然后將跳數(shù)值加I轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)。以此方式，建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)跳數(shù)關(guān)系表。即采用距離矢量交換方法來(lái)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系。在獲取了未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)關(guān)系以及信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系之后，可以利用如下公式計(jì)算平均每跳距離，對(duì)于第i個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn):
權(quán)利要求
1.種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，其特征是，所述定位方法包括如下步驟: (a)、節(jié)點(diǎn)的拋灑:隨機(jī)在設(shè)定區(qū)域內(nèi)拋灑所需數(shù)量的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)； (b)、節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)關(guān)系的獲取:對(duì)于所有傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)和周?chē)鷤鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換，來(lái)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系，建立無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)關(guān)系表; (C)、節(jié)點(diǎn)的粗定位:利用上述跳數(shù)關(guān)系表，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行粗定位； (d)、迭代求精:對(duì)上述粗定位進(jìn)行循環(huán)迭代，以獲取所需精度的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，其特征是:所述步驟(b)中，采用距離矢量交換方法來(lái)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，其特征是:所述步驟(c)中，利用DV-HoP方法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行粗定位。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，其特征是:在利用DV-HoP算法進(jìn)行粗定位時(shí)，利用全網(wǎng)平均每跳距離代替最近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的平均節(jié)點(diǎn)距離。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，其特征是:所述步驟(d)中，利用Atiken迭代方法，建立迭代模型，以對(duì)所述粗定位進(jìn)行循環(huán)迭代。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，其特征是:所述利用Atiken迭代方法時(shí)，所設(shè)定的迭代終止條件包括最大迭代次數(shù)及迭代精度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的方法，所述定位方法包括如下步驟a、節(jié)點(diǎn)的拋灑隨機(jī)在設(shè)定區(qū)域內(nèi)拋灑所需數(shù)量的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；b、節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)關(guān)系的獲取對(duì)于所有傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)和周?chē)鷤鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換，來(lái)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)關(guān)系，建立無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)關(guān)系表；c、節(jié)點(diǎn)的粗定位利用上述跳數(shù)關(guān)系表，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行粗定位；d、迭代求精對(duì)上述粗定位進(jìn)行循環(huán)迭代，以獲取所需精度的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。本發(fā)明能減少無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位的能量消耗，獲得較精確的定位結(jié)果，適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK103096469SQ20131006078
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者彭力, 邵偉 申請(qǐng)人:無(wú)錫林之盛科技有限公司