一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，包括：a)建立空間直角坐標(biāo)系；b)建立沿等距螺旋線運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)；c)廣播錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息；d)接收坐標(biāo)信息；e)判斷位置是否已確定；f)判斷坐標(biāo)信息是否已達(dá)到4個(gè)；g)判斷4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是否共線；h)位置計(jì)算。本發(fā)明的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的4個(gè)共線的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)可實(shí)現(xiàn)對(duì)自身坐標(biāo)的確定，解決了水下傳感網(wǎng)錨節(jié)點(diǎn)部署困難的同時(shí)降低了網(wǎng)絡(luò)部署成本，利用不共線的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)位置信息進(jìn)行定位，降低了方法復(fù)雜性，采用了易于實(shí)現(xiàn)；根據(jù)節(jié)點(diǎn)水下部署的特點(diǎn)，限定了微粒群的搜索空間，提高了定位方法效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種錨節(jié)點(diǎn)在水面做螺旋運(yùn)動(dòng)、傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的4個(gè)不共線的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行位置計(jì)算的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著海洋經(jīng)濟(jì)的興起和各國(guó)對(duì)海洋權(quán)益的日益重視，水下傳感網(wǎng)進(jìn)步飛速，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋觀測(cè)、資源勘探和開(kāi)發(fā)、災(zāi)害預(yù)報(bào)、污染檢測(cè)、軍事探測(cè)等諸多民用和軍用領(lǐng)域。節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是水下傳感網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在大多數(shù)應(yīng)用中，都需要對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行快速有效定位。比如，在水下救援打撈領(lǐng)域，相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)必須能夠提供目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息，以便救援人員及時(shí)采取相應(yīng)方案。
[0003]在陸地傳感網(wǎng)定位中，配有GPS的節(jié)點(diǎn)都可以作為錨節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在網(wǎng)絡(luò)中，而在水下，錨節(jié)點(diǎn)的部署難度明顯增大:GPS在水中失效；錨節(jié)點(diǎn)固定在水底的成本高，施工難度大；水下環(huán)境復(fù)雜多變，導(dǎo)致錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性較強(qiáng)，難以定位；錨節(jié)點(diǎn)水下供電困難等。針對(duì)這些水下錨節(jié)點(diǎn)部署的限制，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)提出一些針對(duì)錨節(jié)點(diǎn)僅水面部署(即錨節(jié)點(diǎn)是攜帶GPS接收器并被放置在水體表面的節(jié)點(diǎn))的水下傳感網(wǎng)定位方法，但是仍存在以下問(wèn)題:
1.錨節(jié)點(diǎn)共面造成定位誤差較大或有些方法不能定位，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用需求；
2.系統(tǒng)中需要部署大量能耗過(guò)高的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致通信開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大，縮短網(wǎng)絡(luò)生命周期。
[0004]3.將三維定位通過(guò)映射轉(zhuǎn)化為二維定位，沒(méi)有充分利用易測(cè)的深度信息，降低了定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問(wèn)題的缺點(diǎn)，提供了一種錨節(jié)點(diǎn)在水面做螺旋運(yùn)動(dòng)、傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的4個(gè)不共線的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行位置計(jì)算的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法。
[0006]本發(fā)明的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特別之處在于，包括以下步驟:a).建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)處于長(zhǎng)、寬、高分別為M、N、H的立方體區(qū)域中，立方體的上表面為水面區(qū)域，頂點(diǎn)依次為A、B、C、D, AB為長(zhǎng)，BC為寬；以頂點(diǎn)A為原點(diǎn)、AB邊所在的直線為X軸、AD邊所在的直線為Y軸、與水面區(qū)域垂直且向上的方向?yàn)閆軸正向，建立空間直角坐標(biāo)系；b).建立移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)，建立以位置(M/2，N/2,0)為出發(fā)點(diǎn)、按照公式(I)表達(dá)的等距螺旋線運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn):
X = M?2 + KxTxcos 2μ
y=Mf2+KxTx.sm2M (1)
其中，K用于調(diào)整相鄰等距螺旋線之間的間隔，t為移動(dòng)角度，T為每次移動(dòng)的時(shí)間間隔；c).廣播定位信息，移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)沿著等距螺旋線移動(dòng)，每隔一個(gè)時(shí)間周期T就發(fā)送一個(gè)包含自身當(dāng)前坐標(biāo)和序號(hào)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息；d).錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息的接收，水下傳感器節(jié)點(diǎn)接收移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的或其它傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息；e).判斷位置是否已確定，傳感器節(jié)點(diǎn)判斷自身的位置是否已確定，如果位置沒(méi)有確定，則存儲(chǔ)該錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息并將其轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行步驟f);如果位置已確定，則對(duì)接收的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息只做轉(zhuǎn)發(fā)處理；
f).判斷錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息的數(shù)目，傳感器節(jié)點(diǎn)判斷接收到的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息的數(shù)量是否已達(dá)到4個(gè)，如果沒(méi)有達(dá)到4個(gè)，則跳轉(zhuǎn)至步驟d);如果已達(dá)到4個(gè)，則執(zhí)行步驟g) ；g).判斷4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是否共線，傳感器節(jié)點(diǎn)判斷接收到的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是否共線，如果共線，則將其中的一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)刪除，跳轉(zhuǎn)至步驟d)，以重新接收一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息；如果不共線，則執(zhí)行步驟h) ；h).位置計(jì)算，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的4個(gè)不共線的錨節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)，采用微粒群優(yōu)化算法計(jì)算出傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的定位。
[0007]步驟a)為建立空間直角坐標(biāo)系，將傳感器網(wǎng)絡(luò)所在的區(qū)域限制在OSh夏、
范圍之內(nèi)；步驟b)中移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)按照公式(I)所表達(dá)的等距螺旋線運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息的廣播。傳感器節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息后，首先通過(guò)步驟
e)判斷自身的位置是否已確定，如位置已確定，則對(duì)接收的信息只做轉(zhuǎn)發(fā)處理；在位置沒(méi)確定的情況下，將其保存和轉(zhuǎn)發(fā)。步驟f)為判斷接收到的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息的數(shù)量是否已達(dá)到4個(gè)，沒(méi)有達(dá)到，則繼續(xù)接收；如果已經(jīng)達(dá)到4個(gè)，則通過(guò)步驟g)進(jìn)行4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是否共線的判斷，只有不共線的情況下，才通過(guò)步驟h)進(jìn)行位置坐標(biāo)的計(jì)算。
[0008]本發(fā)明的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，設(shè)未定位的傳感器節(jié)點(diǎn)接收到的4個(gè)
錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)的分別為(?:?,0) >(?,J2-O)>(λ.4,74?0),步驟g)中判斷4個(gè)錨節(jié)
點(diǎn)坐標(biāo)是否共線采用如下方法:g_l).計(jì)算斜率，按照公式(2)分別計(jì)算出斜率七、無(wú)2、A3的值:
【權(quán)利要求】
1.一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，包括以下步驟: a).建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)處于長(zhǎng)、寬、高分別為M、N、H的立方體區(qū)域中，立方體的上表面為水面區(qū)域，頂點(diǎn)依次為A、B、C、D，AB為長(zhǎng)，BC為寬；以頂點(diǎn)A為原點(diǎn)、AB邊所在的直線為X軸、AD邊所在的直線為Y軸、與水面區(qū)域垂直且向上的方向?yàn)閆軸正向，建立空間直角坐標(biāo)系； b).建立移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)，建立以位置(M/2，N/2，0)為出發(fā)點(diǎn)、按照公式(I)表達(dá)的等距螺旋線運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，設(shè)未定位的傳感器節(jié)點(diǎn)接收到的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)的分別為(?)?,O)、(為,仏0)、(力JV0)，步驟g)中判斷4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是否共線采用如下方法: g-Ι).計(jì)算斜率，按照公式(2)分別計(jì)算出斜率.11、k2、h的值:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，設(shè)未定位的傳感器節(jié)點(diǎn)接收到的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)的分別為(x1,y1,0) ,(x2,y2,O)、(x3,y3,0)、(x4,y4,O),傳感器節(jié)點(diǎn)距離4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離分別力& “d~;步驟h)中所述的采用微粒群優(yōu)化算法計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)的方法，通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn): h-1).產(chǎn)生微粒群，隨機(jī)產(chǎn)生F個(gè)微粒，設(shè)Pi分別是第j個(gè)微粒的當(dāng)前位置與飛行速度，J = 1,2,3……N； h-2).微粒下一位置坐標(biāo)和速度的確定，當(dāng)前微粒J的位置和飛行速度分別為 Pj(xj,yj,zj)，vj=(vjx,vjy,vjx)則微粒j在下一位置j + 1處的速度和坐標(biāo)分別通過(guò)公式(3)和(4)來(lái)確定:
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK103533652SQ201310540312
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】魏諾, 舒明雷, 孔祥龍, 周書(shū)旺, 劉瑞霞, 楊明, 陳長(zhǎng)芳, 張重慶, 楊媛媛, 許繼勇, 馬繼鵬, 唐梅玉 申請(qǐng)人:山東省計(jì)算中心