[發明專利]一種無線傳感器網絡的節點定位方法

有效

• 申請號: 201210181248.3
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102740456A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 陳曉;張本亮
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡的節點定位方法，尤其涉及一種在DV-Hop(Distance?Vector-Hop)定位方法基礎上進行改進的節點定位方法，屬于無線傳感器網絡的定位技術領域。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network，WSN)是由部署在監測區域內大量小體積、低成本的傳感器節點組成的一個多跳自組網網絡。傳感器節點具有感知、處理和通信的能力。在傳感器網絡的很多應用中，沒有節點位置信息的監測數據往往是沒有意義的。當監測到事件發生時，人們關心的一個重要問題就是該事件發生的位置。定位信息除了用來報告事件發生的地點之外，還可以用于目標跟蹤、目標軌跡預測、協助路由和網絡拓撲管理等。

???????現有的無線傳感器網絡定位方法主要有基于測距(range-based)和無需測距(range-free)兩類。前者需要實際測量節點間點到點的距離或角度，再使用三邊或多邊定位來計算定位節點的位置；后者不需要實際測量節點間的距離和角度，僅根據網絡連通性等信息就能實現節點的定位。Range-based定位方法對網絡的硬件設施提出了較高的要求，通常需要進行多次測量，而且提高定位精度需要增加計算和通信開銷。

DV-Hop定位方法是一種典型的Range-free定位方法，其基本思想是將未知節點到錨節點的距離用每跳平均距離與兩者之間跳數的乘積表示。在網絡節點分布均勻且各向同性的密集型的無線傳感器網絡中，可以合理的得到平均每跳距離，從而能得到適當的定位精度。但當網絡稀疏或網絡節點分布不均勻時，往往接收不到準確的跳數信息，計算出的平均每跳距離誤差較大，從而影響整個網絡節點的定位精度。

針對上述問題，國內外學者已經開始對DV-Hop方法從各個方面進行了改進。如萬江文等人于2008年7月16日公開了一種基于跳數的無線傳感器網絡定位求精方法（申請號為200810057492.2）。提出在網絡中的未知節點實現初始定位后，采用多跳擴展算法和相對加權最小二乘法對初始估計位置進行求精計算，獲取未知節點最終估計位置坐標。這種求精方法雖提高了定位精度，但增加了位置計算的冗余度及已知節點個數。胡斌杰等人于2012年3月28日公開了一種用于無線傳感器網絡的定位方法（申請號為201110179976.6），該方法包括：信標節點和未知節點隨機均勻分布在區域中，所有節點獲得各信標節點的位置以及到各信標節點的跳數后，未知節點選擇最近的信標節點為參考節點；根據參考節點的鄰居節點到某信標節點的跳數信息，以及未知節點的鄰居節點到該信標節點的跳數信息，計算出信標節點到未知節點所在區域的平均距離；使用二分迭代法計算出信標節點到未知節點的距離。獲得未知節點到三個以上信標節點的距離后就能確定未知節點的位置。

現有的一些改進方法都不是很理想，或者定位精度不是很高，或者是用較大的通信開銷或計算量才能獲得較高的定位精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種無線傳感器網絡的節點定位方法，在現有DV-Hop定位方法基礎上進行改進，從而具有更高的定位精度以及更小的通信和能量開銷。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題。

一種無線傳感器網絡的節點定位方法，所述無線傳感器網絡所監測區域中部署有多個位置信息已知的錨節點，包括以下步驟：

步驟1、無線傳感器網絡中的各錨節點和普通節點進行信息交互，使得全網中所有節點均獲得所有錨節點的信息；

步驟2、各錨節點利用下式分別計算平均每跳距離并將各自的計算結果廣播給網絡中所有節點：

式中，表示錨節點計算的平均每跳距離，為錨節點和錨節點間的跳數，為錨節點、間的實際距離；

步驟3、未知節點利用下式計算自身的平均每跳距離：

式中，表示未知節點的平均每跳距離，表示錨節點計算的平均每跳距離，表示未知節點獲取到信息的錨節點的總個數，錨節點的權值根據下式確定：

其中，表示未知節點距離錨節點的跳數，表示所述個錨節點中的第個距離未知節點的跳數；

步驟4、以與的乘積作為未知節點與錨節點之間的估計距離，利用二維雙曲線定位算法估計出未知節點的坐標；

步驟5、使用粒子群優化方法對步驟4中得到的未知節點的坐標進行進一步校正，得到更精確的未知節點的坐標。