[發(fā)明專利]一種無需測距的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810071978.1
• 申請日: 2008-10-23
• 公開（公告）號: CN101435865A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許力;鐘進(jìn)發(fā);葉阿勇;陳志德;孔祥增
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位方法，尤其涉及一種基于DV-Hop定位機制的無需額外硬件設(shè)備來測距的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是自動化、通信工程和計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)科中的一個新的研究領(lǐng)域，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)，能夠通過節(jié)點間協(xié)同工作，實時獲取監(jiān)視區(qū)域各類工作對象的信息。無需固定網(wǎng)絡(luò)支持的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有快速部署、協(xié)同感知、抗毀性強等眾多優(yōu)點。

作為連接物理世界和數(shù)字世界的橋梁，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的位置信息對整個網(wǎng)絡(luò)的功能和性能起著至關(guān)重要的作用。對大多數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，不知道傳感器節(jié)點位置而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。而且，節(jié)點位置信息的獲取可以實現(xiàn)對外部目標(biāo)的定位和追蹤，可以使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的其他方面的應(yīng)用，比如對路由算法的優(yōu)化，通信開銷的優(yōu)化，基于位置信息查詢等。出于傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本、可擴(kuò)展性和工作區(qū)域的考慮，每個節(jié)點都配備GPS接收器或人工部署節(jié)點都不適合。因此，必須采用一定技術(shù)手段實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的自身定位。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量有限、可靠性較差、節(jié)點規(guī)模大且隨機分布，這對傳感器節(jié)點的定位方法和定位技術(shù)提出了很高的要求。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，一般利用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署少量位置信息已知的信標(biāo)節(jié)點來獲取其他位置信息未知的未知節(jié)點的位置信息。現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身定位方法主要有兩種：即基于測距的定位方法和無需測距的定位方法。基于測距的定位方法通過節(jié)點配備額外測量設(shè)備測量節(jié)點間點到點的距離或角度信息，從而計算出未知節(jié)點的位置信息。此方法精度較高，但對節(jié)點的硬件要求很高，并且通常需要多次測量，循環(huán)求精，從而增加了計算開銷和通信開銷，所以這種方法雖然定位精度較高，但不適合低成本、低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無需測距的定位方法則無需配備額外的設(shè)備來獲取節(jié)點間點到點的距離或角度，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性和信標(biāo)節(jié)點的位置信息實現(xiàn)相對精確的定位功能，但其定位精度一般不如基于測距的定位方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種不易受環(huán)境因素影響、定位精度較高且無需增加額外硬件設(shè)備來進(jìn)行測距的基于DV-Hop定位機制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中包括三個或三個以上的已知節(jié)點位置信息的信標(biāo)節(jié)點和位置信息待測的若干個未知節(jié)點。所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位方法通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟一：各信標(biāo)節(jié)點按固定功率周期性地向其鄰居節(jié)點發(fā)送其位置信息及到各未知節(jié)點的跳數(shù)值，跳數(shù)值的初始值為0；

步驟二：收到信標(biāo)節(jié)點信息的節(jié)點將保存相關(guān)信息并復(fù)制一份，將其跳數(shù)值加1并發(fā)送給其鄰居節(jié)點。其鄰居節(jié)點將重復(fù)步驟二的操作。若某一節(jié)點重復(fù)收到同一信標(biāo)節(jié)點的信息，則只取跳數(shù)小的信息為該信標(biāo)節(jié)點的位置信息；

步驟三：在獲得其他信標(biāo)節(jié)點的位置信息和跳數(shù)值信息之后，信標(biāo)節(jié)點計算網(wǎng)絡(luò)平均每跳跳距，然后作為一個校正值(correction)廣播至網(wǎng)絡(luò)中；

步驟四：當(dāng)接收到校正值之后，未知節(jié)點根據(jù)跳數(shù)值和優(yōu)化策略計算與信標(biāo)節(jié)點的距離。未知節(jié)點估算與不同信標(biāo)節(jié)點的距離時采用該信標(biāo)節(jié)點相應(yīng)的平均跳距；

步驟五：當(dāng)未知節(jié)點獲得三個或更多信標(biāo)節(jié)點距離時，則執(zhí)行三邊測量定位，計算未知節(jié)點的位置坐標(biāo)。

上述步驟三中信標(biāo)節(jié)點通過以下方法計算網(wǎng)絡(luò)平均每跳跳距：

利用基于最小均方誤差準(zhǔn)則來計算各信標(biāo)節(jié)點對應(yīng)的平均每跳跳距HS_i，即通過如下函數(shù)值最小來求HS_i的值：