一種基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法，該定位方法在初始階段修正了三維加權(quán)質(zhì)心定位方法的權(quán)值，并采用修正權(quán)值后的加權(quán)質(zhì)心定位方法估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)的初始位置；在優(yōu)化階段采用誤差因子來修正測(cè)量距離，并采用質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的方法去調(diào)整未知節(jié)點(diǎn)至最佳位置。本發(fā)明的定位方法適用于定位由錨節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的幾何體外圍的節(jié)點(diǎn)，具有定位精度高，健壯性強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于目標(biāo)監(jiān)控與跟蹤等鄰域的前提和基礎(chǔ)。由于傳感節(jié)點(diǎn)通常具有能源有限、通信易受環(huán)境影響等特點(diǎn)，在獲得錨節(jié)點(diǎn)自身正確定位之后，如何快速、準(zhǔn)確地定位目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，高精度的定位方法顯得十分重要。
[0003]依據(jù)對(duì)節(jié)點(diǎn)位置的估計(jì)機(jī)制，一般將定位方法分為基于測(cè)距的定位方法和非測(cè)距的定位方法?；跍y(cè)距的定位方法常用的測(cè)量技術(shù)主要有RSS1、TDOA, Τ0Α, Α0Α,節(jié)點(diǎn)獲得距離或角度信息后，可以通過三邊測(cè)量法或極大似然估計(jì)法進(jìn)行定位。非測(cè)距的定位方法主要是通過節(jié)點(diǎn)間的連通信息估計(jì)節(jié)點(diǎn)位置，它的優(yōu)點(diǎn)是硬件要求較低，但是定位精度有限。典型的非測(cè)距的定位方法有質(zhì)心定位方法、DV-Hop, APIT和MDS-MAP方法等。
[0004]加權(quán)質(zhì)心定位方法是一種基于測(cè)距的方法，雖然加權(quán)質(zhì)心定位方法提供一種簡(jiǎn)單有效的定位方法，但是 此方法的定位精度有待提高且不適用于定位由錨節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多邊形外圍的節(jié)點(diǎn)。近年來，很多相關(guān)的文獻(xiàn)針對(duì)二維的WCL方法進(jìn)行了改進(jìn)。然而，這些改進(jìn)方法的定位精度主要依賴于權(quán)值的設(shè)置。在實(shí)際環(huán)境中，未知節(jié)點(diǎn)可能位于由錨節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多邊形外圍，此時(shí)僅采用加權(quán)的方法未能達(dá)到很好的定位效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服已有定位方法的不足之處，提供一種基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法,有效地解決現(xiàn)有加權(quán)質(zhì)心定位方法存在的問題，提高了定位精度，并增強(qiáng)了健壯性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的方法具體步驟如下:
[0007]步驟1:未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)RSSI信息計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離；
[0008]步驟2:從所有測(cè)量距離中選擇出最小測(cè)量距離，根據(jù)最小測(cè)量距離修正加權(quán)質(zhì)心定位方法的權(quán)值；
[0009]步驟3:通過修正權(quán)值后的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的初始位置；
[0010]步驟4:計(jì)算誤差因子，根據(jù)誤差因子修正未知節(jié)點(diǎn)與各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離；
[0011]步驟5:采用三維的質(zhì)點(diǎn)彈簧優(yōu)化(MSO)方法對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行迭代優(yōu)化處理，當(dāng)直到滿足迭代終止條件時(shí)停止迭代，從而確定未知節(jié)點(diǎn)位置。
[0012]在上述定位方法中，所述步驟I中測(cè)量距離采用對(duì)數(shù)-常態(tài)分布模型計(jì)算。測(cè)量距離根據(jù)下式獲取得到:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法，適用于定位由錨節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的幾何體外圍的未知節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)RSSI信息計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離； 步驟2:從所有測(cè)量距離中選擇出最小測(cè)量距離，根據(jù)最小測(cè)量距離修正加權(quán)質(zhì)心定位方法的權(quán)值Wi ；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法，其特征在于，所述步驟I中測(cè)量距離采用對(duì)數(shù)-常態(tài)分布模型計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法，其特征在于，測(cè)量距離根據(jù)下式獲取得到:

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法，其特征在于，所述步驟4中誤差因子是指根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)之間的計(jì)算距離和測(cè)量距離的差值而得出的修正系數(shù)的平均值； 當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)Bi與錨節(jié)點(diǎn)B」能夠相互通信，根據(jù)下式獲取錨節(jié)點(diǎn)Bi與錨節(jié)點(diǎn)B」之間的修正系數(shù)au:

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的三維加權(quán)質(zhì)心定位方法，其特征在于，所述步驟5中未知節(jié)點(diǎn)P迭代更新公式為:p(k +1) = lKk) + F(k)/(2m) 其中k是三維的質(zhì)點(diǎn)彈簧優(yōu)化方法的迭代次數(shù)，F(xiàn)為未知節(jié)點(diǎn)P受到的彈簧合力，P(k+1)表示第k次迭代后未知節(jié)點(diǎn)的位置值。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103945532SQ201410201801
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】黃以華, 趙汝威 申請(qǐng)人:廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國(guó)際聯(lián)合研究院, 中山大學(xué)