[發(fā)明專利]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210225599.X
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102740458A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何涇沙;張婷;李曉會
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京匯信合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 孫民興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器的應(yīng)用越來越廣泛，研究它的人也越來越多。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)是其若干重要研究領(lǐng)域中的一個。近年來，定位技術(shù)引起了研究者的廣泛興趣，研究者們從不同角度研究該領(lǐng)域中的各種問題，這其中包括定位效率，定位精度，以及定位安全等熱點(diǎn)問題。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位中，具有自身定位功能、獲得自身位置的節(jié)點(diǎn)稱為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，需要借助信標(biāo)節(jié)點(diǎn)提供的位置信息作為參照從而完成定位的節(jié)點(diǎn)稱為未知節(jié)點(diǎn)。在定位過程中，由于未知節(jié)點(diǎn)的能量有限，盡量減少未知節(jié)點(diǎn)的計算和通信能耗就成為了一個關(guān)鍵問題。然而，現(xiàn)有的定位方法缺乏同時兼顧未知節(jié)點(diǎn)的能耗，又不對信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量等因素有過多限制的定位方法。

因此，當(dāng)下需要迫切解決的一個技術(shù)問題就是：如何能夠提出一種有效的措施，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法，使得未知節(jié)點(diǎn)的位置計算負(fù)擔(dān)由能量充足的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)集中的來完成，有效節(jié)省未知節(jié)點(diǎn)自身的計算能耗，并且通過建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的移動路線，使信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在該路線上移動地收集未知節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息的效率高，從而在降低未知節(jié)點(diǎn)能耗的前提下穩(wěn)定、高效地完成定位過程。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法，包括：

信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計算移動路線，計算出路線上的信標(biāo)采集點(diǎn)的位置；

信標(biāo)節(jié)點(diǎn)按照移動路線進(jìn)行移動，并在路線計算中得到的采集點(diǎn)上向未知節(jié)點(diǎn)發(fā)出定位請求；

收到定位請求的未知節(jié)點(diǎn)對信標(biāo)節(jié)點(diǎn)返回響應(yīng)信息；

信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過未知節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)信息估測與未知節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系，計算定位結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法，還包括以下步驟：

信標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際尺寸和自身的通信半徑，計算其移動的路線以及需要的最少采集點(diǎn)數(shù)量；

根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)移動模型的覆蓋形式，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計算移動路線中覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)的最少采集點(diǎn)的坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，按照信標(biāo)節(jié)點(diǎn)移動模型的覆蓋形式求得的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)移動路線及采集點(diǎn)坐標(biāo)需要滿足以下條件：

以這些采集點(diǎn)坐標(biāo)為圓心，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通信半徑的通信范圍內(nèi)，矩形網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)都能收到信號且信標(biāo)節(jié)點(diǎn)采集點(diǎn)個數(shù)最少。

進(jìn)一步地，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)估測出的與未知節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系包括它們之間的相對角度，以及通過信號到達(dá)時間差計算出的相對距離，從而對未知節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行定位計算。

綜上，本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法，可以降低未知節(jié)點(diǎn)的能量消耗，使大部分的定位計算量由能量充足的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)來完成；由于用于定位的相關(guān)信息采集是由移動信標(biāo)節(jié)點(diǎn)完成的，因此相比由未知節(jié)點(diǎn)擔(dān)任信息采集的任務(wù)提高了安全性，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中唯一的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的安全性的維護(hù)比網(wǎng)絡(luò)中眾多的未知節(jié)點(diǎn)的安全性維護(hù)更加容易保證。

附圖說明

圖1是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明的信標(biāo)采集點(diǎn)之間的位置關(guān)系示意圖；

圖3是本發(fā)明的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)移動路線圖；

圖4是本發(fā)明的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系示意圖；

圖5是使用本發(fā)明與沒有使用本發(fā)明的未知節(jié)點(diǎn)定位誤差比較的仿真結(jié)果圖；

圖6是使用本發(fā)明與沒有使用本發(fā)明的未知節(jié)點(diǎn)平均定位誤差在不同尺寸網(wǎng)絡(luò)下的比較仿真結(jié)果圖；

圖7是使用本發(fā)明與沒有使用本發(fā)明的未知節(jié)點(diǎn)定位成功率在不同尺寸網(wǎng)絡(luò)下的比較仿真結(jié)果圖；

圖8是使用本發(fā)明與沒有使用本發(fā)明的未知節(jié)點(diǎn)平均定位誤差在不同節(jié)點(diǎn)通信半徑時的比較仿真結(jié)果圖；

圖9是使用本發(fā)明與沒有使用本發(fā)明的未知節(jié)點(diǎn)定位成功率在不同節(jié)點(diǎn)通信半徑時比較的仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

參見圖1，給出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動信標(biāo)的集中式定位方法的流程示意圖，具體的包括：

（1）信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計算移動路線，計算出路線上的信標(biāo)采集點(diǎn)的位置；

（1.1）建立信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信號覆蓋模型；