[發明專利]基于分布式優化策略的無線傳感器網絡節點定位方法

有效

• 申請號: 200810225400.7
• 申請日: 2008-10-29
• 公開（公告）號: CN101730224A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 譚民;王碩;郝志凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡領域，涉及無線傳感器網絡中節點的相對 定位和絕對定位方法。

背景技術

無線傳感器網絡中的定位方法可分為非距離式定位和距離式定位兩 類。非距離式定位是利用節點間的跳(英文名為hop)數或求區域質心來 計算節點的坐標。N.Bulusu和J.Heidemann提出了一種非距離式定位的中 心算法。傳感器網絡中包含參考節點和普通節點，通過計算k個參考節點 的中心來估計普通節點的位置或坐標。這種方法誤差較高，要得到較高的 定位精度需要很多參考節點且均勻分布在網絡的外圍。T.He和C.Huang 提出的APIT(Approximation?Point-in-Triangulation?Test)方法是通過計算 不同三角形的重疊區域的中心來確定節點的坐標。APIT適用于節點隨機 分布且不要求各節點通訊能力完全一樣的情況，定位精度在很大程度上取 決于參考節點的數量和重疊區域的大小。距離式定位一般利用節點間的距 離來計算節點的相對位置，定位精度在很大程度上取決于節點間測距的精 度。D.Niculescu和B.Nath提出了一種估計節點間距離的方法，這種方法 適用于節點規則分布的情況，在節點隨機分布的情況下估計距離會產生較 大誤差。Y.Shang和W.Ruml提出了利用MDS計算節點坐標的方法： MDS-MAP(C)、MDS-MAP(C，R)、MDS-MAP(P)和MDS-MAP(P，R)。這四 種方法在節點的連通度高和參考節點比例大時可取得很好的定位效果。此 外也有利用移動參考節點對網絡中固定節點進行定位的方法。非距離式定 位方法的定位精度較低，現有的距離式定位方法的精度雖然比非距離式定 位方法的高，但由于在估計節點距離時利用了最短路徑等方法而不是直接 測量或計算得到的，因此精度也不是很高。

發明內容

為了解決現有技術測量精度低的問題，本發明目的是通過測量無線傳 感器網絡中1跳節點間的距離和相對角度信息，通過計算方法實現對網絡 中所有節點進行相對定位或絕對定位，為此提供一種基于分布式優化策略 的無線傳感器網絡節點定位方法

為達到所述目的，本發明提供的一種基于分布式優化策略的無線傳感 器網絡節點定位方法，首先要測量無線傳感器網絡中1跳節點之間的距離 和相對角度，利用1跳節點之間的距離和相對角度計算2跳節點之間的距 離，再根據以上信息，利用古典多維尺度測量方法(MDS方法)、極大似然 估計、分布式優化策略和坐標變換方法相結合的方法計算所有節點的相對 坐標或絕對坐標。

本發明的有益效果或優點：本發明在定位過程中用的是直接測量得到 的距離(1跳節點間的距離)或通過測量值計算(2跳節點間的距離)得 到的，與估計距離相比有更高的精度，因此節點的定位精度就更高。此外， 在計算節點的相對坐標時，除了初始點及其1跳節點利用古典多維尺度計 算方法外，其余節點的相對坐標都是用極大似然估計法計算得到的，計算 量要小。在優化算法中采用了分布式優化的策略，降低了優化算法的計算 量和復雜度。

附圖說明

圖1是本發明基于分布式優化策略的無線傳感器網絡節點定位算法流 程；

圖2是本發明無線傳感器網絡中2跳節點間的距離；

具體實施方式

下面結合附圖對采用分布式優化策略的基于節點間距離和相對角度 的無線傳感器網絡節點定位方法進行詳細說明。

在圖1中給出了算法的流程。在圖2中給出了節點間關系。圖2中A、 B、C表示無線傳感器網絡中3個節點，節點A與節點B之間可以直接通 訊，節點B與節點C之間可以直接通訊，節點A與節點C之間無法直接通 訊但可以經節點B轉發一次實現相互通訊。節點A與節點B，節點B與節 點C互為1跳節點；節點A與節點C互為2跳節點。n跳節點則指該節點 至少經過(n-1)次不同節點轉發才可與另一節點實現相互通訊，這兩個節 點互為n跳節點。

基于分布式優化策略的無線傳感器網絡節點定位方法，其算法步驟包 括：

步驟S1：通過測量得到無線傳感器網絡1跳節點間的距離和相對角 度；

無線傳感器網絡節點間距離的測量可以采用TOA、TDOA或RSSI等 測量方法；而無線傳感器網絡1跳節點間的相對角度的測量主要可以通過 接收陣列或多個接收機確定發射節點信號的到達方向來計算相對角度。