[發明專利]一種無線傳感器網絡基于節點密度的節點定位算法

有效

• 申請號: 201310060161.5
• 申請日: 2013-02-26
• 公開（公告）號: CN103096468A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 黃鵬宇;劉勤;劉偉;楊春剛;武福平;李釗;李建東
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡基于節點密度的節點定位算法。?

背景技術

由于受到成本、功耗、擴展性等問題的限制，在大規模無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network,WSN)中，往往只有少數節點配置GPS接收器或能夠在布設時裝定位置。因此，必須采用一定的機制與算法解決節點的定位問題。而且，傳感器節點只有明確了自身位置才能說明在什么位置或區域發生了什么特定事件。因此，確定事件發生的位置或獲取消息的節點位置對傳感器網絡應用的有效性起著關鍵的作用。?

在無線傳感器網絡的定位算法中，無需測距(Range-free)的定位算法是其中一個非常重要的分類。無需測距的定位算法具有硬件成本低、功耗小、抗測量噪聲能力強以及硬件結構簡單等優勢，而且相對較低的定位精度對多數應用已足夠用。因此Range-free定位方法多年來一直是無線傳感器網絡自身定位領域中的一個研究熱點。?

然而，在目前WSN的Range-free定位算法的研究中，多數算法是以網絡節點均勻分布為前提或算法只有在均勻分布的網絡結構下才能獲得較佳的定位性能。而在無線傳感器網絡的實際應用中，WSN的節點的分布往往是隨機的，而且節點的分布密度多呈非均勻態勢。這種實際應用中節點分布的非均勻性給WSN節點的自身定位帶來了非常大的困擾。再者每個節點一般都接收到了多個信標的位置信息，可以同時利用多個錨點的信息通過多邊定位的方法提高定位精度。但是研究顯示并不是信標節點越多就能獲得更好的定位精度。根據以上分析本發明提出了一種均勻、非均勻無線傳感器網絡皆適用的基于節?點密度選擇信標節點的多邊定位算法。該算法通過未知節點與信標節點間最短路徑上的中間節點的鄰節點密度篩選信標節點，丟棄精度不佳的信標節點，采用使用多邊定位算法使用剩余信標節點信息來確定未知節點的位置。仿真結果表明該算法在均勻、非均勻網絡情況下定位精度均優于現有算法，同時降低了節點的計算量和能耗。?

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明目的在于提供一種無線傳感器網絡基于節點密度的節點定位算法，其降低節點的計算量，降低能耗，并且定位精度高。?

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：?

一種無線傳感器網絡基于節點密度的節點定位算法，其包括以下步驟：?

步驟1：估算無線傳感器網絡中每個未知節點到信標節點的距離；?

步驟2：根據連通度的大小，將未知節點到信標節點最短傳輸路徑上的節點分為低連通度、中連通度及高連通度節點；通過仿真統計所述低連通度、中連通度及高連通度節點的單跳距離誤差的均值；將所述傳輸路徑上所有節點單跳距離誤差估計相加得到未知節點到信標節點的距離估計誤差；?

步驟3：使用步驟2的方法得到所有未知節點到信標節點的距離估計誤差；?

步驟4：除去未知節點到各個信標節點的距離估計誤差大于預設值的信標節點；?

步驟5：使用剩余信標節點計算未知節點位置。?

在上述技術方案的基礎上，所述低連通度為連通度小于6、中來連通度是指連通度大于6且小于或等于12、高連通度為連通度大于12。?

在上述技術方案的基礎上，所述低連通度、中連通度及高連通度節點的單跳距離誤差的均值分別為17.65%R、7.53%R，與4.92%R，其中R為節點的傳輸半徑。?

在上述技術方案的基礎上，所述步驟1使用DV-Hop算法或DHL算法中的距離估計方法估算每個未知節點到信標節點的距離。?

在上述技術方案的基礎上，所述步驟4中預設值為40%R。?

在上述技術方案的基礎上，所述步驟4中預設值根據信標節點在網絡中所占百分比不同而改變。?

在上述技術方案的基礎上，當信標節點百分比分別為1%、2%、3%、大于3%時，所述預設值分別為100%R、50%R、40%R、30%R。?

在上述技術方案的基礎上，所述步驟5采用線性最小二乘法計算未知節點位置。?

在上述技術方案的基礎上，所述步驟5的計算方法為，?

設未知節點的坐標為A(x,y)，信標坐標為L₁(x₁,y₁),…,L_k(x_k,y_k)，未知節點到信標的估計距離分別為r₁，r₂,…,r_k，則可以根據估計距離與已知量建立線性方程組：?

AX+N＝b?