[發明專利]一種無線傳感器網絡的混合定位方法

無效

• 申請號: 201110272271.9
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102325372A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 侯翠琴;侯義斌;黃樟欽
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種無線傳感器網絡的混合定位方法，其特征在于，包括分布式階段和集中式階段兩個階段：

a1分布式階段

分布式階段包括以下具體步驟：

a1.1傳感器節點i向所有相鄰傳感器節點發送自己的鄰居節點集N_i；

a1.2傳感器節點i根據接收到的集合N_j，j∈N_i，確定與相鄰傳感器節點j間的公有相鄰節點集C_ij＝{k|k∈N_i∧k∈N_j}；

a1.3傳感器節點i向相鄰傳感器節點j?j∈N_i發送傳感器節點i與公有相鄰節點集C_ij中傳感器節點的測距集{p_ik|k∈C_ij}，其中傳感器節點i到傳感器節點k的測距p_ik為傳感器節點i計算出的到傳感器節點k的距離；

a1.4傳感器節點i窮舉由相鄰節點構成的三角形，并判斷是否位于這些三角形中；

a1.5設置傳感器節點i與傳感器節點j?j∈N_i間的重心系數a_ij＝0，如果傳感器節點i位于由相鄰節點j，k，l構成的三角形內，則計算相應的重心坐標b_ij，b_ik，b_il，并更新a′_ij＝a_ij+b_ij，a′_ik＝a_ik+b_ik，a′_il＝a_il+b_il，a_ij＝a′_ij，a_ik＝a′_ik，a_il＝a′_il；計算完傳感器節點i所在的所有由相鄰節點構成的三角形的重心坐標并累加；

當傳感器節點i位于由其相鄰傳感器節點構成的三角形內，則相應的重心坐標存在且唯一；如傳感器節點i位于由相鄰傳感器節點j，k，l構成的三角形內，則相應的重心坐標b_ij，b_ik，b_il存在且唯一，同時傳感器節點i又位于由其相鄰節點h，u，v構成的三角形內，則相應的重心坐標b_ih，b_iu，b_iv存在且唯一，其中，Tr_{i}/{j}表示由節點{j，k，l}+{i}-{j}構成的三角形，A(Tr_jkl)表示傳感器節點j，k，l構成的三角形Tr_jkl的面積；

a2集中式階段

集中式階段包括以下具體步驟：

a2.1錨節點將已知的位置信息通過多跳路由傳輸給匯聚節點，當a_ij≠0傳感器節點i將重心系數通過多跳路由傳輸給匯聚節點，所有不能被相鄰傳感器節點構成的三角形包圍的傳感器節點將它與相鄰節點的測距集通過多跳路由傳輸給匯聚節點；

a2.2匯聚節點優化如下目標函數，估計未知傳感器節點的位置；將目標函數近似為一系列二次規劃問題；通過對這一系列二次規劃問題的優化，求得目標函數的最優解，具體步驟為a2.2.1到a2.2.5；

x*=argminx∈XQ(x)=argminx∈X(1-α)Σi=1n||Cixi-Σj∈Niaijxj||2+αΣi∈UΣj∈Ni(pij-dij(x))2,]]>

s.t.xi=xi‾]]>∀i∈K]]>

其中，α∈(0，1)是權重因子，x^*為目標函數的最優解，即所估計的無線傳感器網絡中所有傳感器節點的位置矩陣，D為傳感器節點所處空間的維數，x_i是一個D維列向量，表示傳感器節點i的估計位置，x＝[x₁，x₂，...，x_n]表示無線傳感器網絡中所有傳感器節點的位置信息，||x_i||表示向量x_i的二范數，X是一個D×n的矩陣空間，表示x的取值范圍，C_i是由傳感器節點i的相鄰節點構成的能包含傳感器節點i的三角形的個數，N_i是傳感器節點i的相鄰節點集，a_ij是傳感器節點i在所有不同三角形中對應于傳感器節點j的重心坐標之和，也稱傳感器節點i與傳感器節點j間的重心系數，U是不能由相鄰節點構成的三角形包含的傳感器節點的集合，p_ij是傳感器節點i與傳感器節點j的實際測距，d_ij(x)＝||x_i-x_j||是根據x計算出的傳感器節點i與傳感器節點j間的歐式距離，K是錨節點集，是錨節點i的位置向量；

目標函數的前一項基于重心坐標系約束傳感器節點的估計位置盡量滿足由傳感器節點間的測距揭示的相對結構，而后一項約束不能由鄰居節點構成的三角形包含的節點與鄰居節點的測距盡量保持不變；

a2.2.1令迭代次數t＝1，給每個未知傳感器節點的初始位置向量x_i(0)賦D維0向量，完成初始化D×n位置矩陣x⁺(0)，令位置矩陣y(1)＝x⁺(0)，取ε為一極小正數；

a2.2.2通過對a2.2中的目標函數Q(x)做變換，構造n×n的矩陣H₁，H₂；

a_i是由傳感器節點i相應的重心系數構成的列向量，基于a_i構造n×n的矩陣構造n×n矩陣{M₂}_ij＝C_ia_ij，構造由C₁，C₂，...，C_n元素構成的n×n對角矩陣M₁，得n×n的矩陣H₁＝M₁-2*M₂+M₃；

定義w_ij為指示變量，即構造第l個對角元素為的n×n對角矩陣M₄，構造n×n矩陣{M₅}_ij＝w_ij，得n×n的矩陣H₂＝M₄-2*M₅；

a2.2.3構造矩陣并優化如下二次規劃問題，估計傳感器網絡中傳感器節點的位置，

s.t.xi=xi‾]]>∀i∈K]]>

其中D是每個變量x_i的維數，是位置矩陣x的第i行，是位置矩陣y(t)的第i行；

矩陣為用近似Q(x)推導所得，具體構造過程為：構造n×n的對角矩陣第j個對角元素為構造n×n的對角矩陣第i個對角元素為構造n×n的矩陣第i行第j列元素為得n×n的矩陣H3t=F1t+F2t-F3t-(F3t)T;]]>

a2.2.4如果Q(y(t))一Q(x⁺(t))＜ε，轉步驟a2.3；

a2.2.5令y(t+1)←x⁺(t)，t←t+1，轉步驟a2.2.3；

a2.3匯聚節點將估計出的位置信息x^*通過多跳路由傳輸給相應的傳感器節點。