[發(fā)明專利]一種基于移動錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310097483.7
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN103152828A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮友兵;金賀;仲偉波;朱志宇;龔淼;卞建秀
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于移動錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近幾年發(fā)展起來的一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)。由于其簡單易用、可靠、高性價比、低功耗，所以應(yīng)用前景十分廣闊，在軍事國防、工業(yè)生產(chǎn)、城市管理、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)施農(nóng)業(yè)、搶險救災(zāi)、防恐反恐、空間探索、危險區(qū)域與遠程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實用價值，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。

由于傳感器節(jié)點在部署時的不可控制性，網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)節(jié)點位置不能事先確定，而位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動至關(guān)重要，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節(jié)點位置是傳感器節(jié)點監(jiān)測消息中所包含的重要信息，沒有位置信息的監(jiān)測消息往往毫無意義。因此，節(jié)點定位技術(shù)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的主要支撐技術(shù)之一，近年來對節(jié)點定位問題的研究也很廣泛。未知節(jié)點一般根據(jù)少量錨節(jié)點（已知位置的節(jié)點），按照某種定位機制確定自身的位置。只有在節(jié)點自身正確定位之后，才能確定傳感器節(jié)點監(jiān)測到的事件的具體位置，一般需要監(jiān)測到該事件的多個傳感器節(jié)點之間相互協(xié)作，并利用他們自身的定位機制確定事件發(fā)生的位置。

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法主要有基于測距的定位方法和無須測距的定位方法，現(xiàn)有定位方法中大多應(yīng)用靜態(tài)錨節(jié)點，往往需要一定數(shù)量的錨節(jié)點才能實現(xiàn)對所有未知節(jié)點的定位，因此定位成本較高。而移動錨節(jié)點的使用可以大大減少錨節(jié)點的數(shù)量，降低成本，近年來引起了不少學者的關(guān)注，如論文《Very?Low?Energy?Consumption?Wireless?Sensor?Localization?for?Danger?Environments?with?Single?Mobile?Anchor?Node》研究了一種利用單錨節(jié)點移動實現(xiàn)定位的算法，但y坐標精度較低。再如發(fā)明專利“一種基于移動錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點加權(quán)質(zhì)心定位方法”（申請?zhí)?01210164666.1）應(yīng)用移動錨節(jié)點改進加權(quán)質(zhì)心定位算法。總體來說，目前應(yīng)用移動錨節(jié)點進行定位的研究中，大多通過對錨節(jié)點移動路徑的規(guī)劃研究實現(xiàn)對全網(wǎng)所有未知節(jié)點通信覆蓋，使未知節(jié)點獲取需要定位的數(shù)據(jù)實現(xiàn)自定位，算法復(fù)雜度往往比較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于移動錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自定位方法，本發(fā)明利用帶定向天線的移動錨節(jié)點實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自定位，且無需復(fù)雜的錨節(jié)點移動路徑規(guī)劃。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于移動錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自定位方法，錨節(jié)點采用可自動精確調(diào)整方向的定向天線，包含以下步驟：

（1）傳感器節(jié)點隨機拋撒在監(jiān)測區(qū)域中，未知節(jié)點拋撒下去后進入等待接收狀態(tài)；

（2）由基站應(yīng)用同步算法實現(xiàn)全網(wǎng)同步，然后未知節(jié)點即進入休眠狀態(tài)；

（3）針對監(jiān)測區(qū)域建立二維平面直角坐標系，使傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域都處于第一象限，錨節(jié)點起始位置在坐標原點，并能沿坐標軸移動或沿坐標軸和與坐標軸平行的網(wǎng)絡(luò)分層線移動，同時以定向天線的方向與坐標軸正向之間的夾角為方位角；

（4）錨節(jié)點多輪次廣播位置信息，進入錨節(jié)點通信范圍中的未知節(jié)點被喚醒，在一輪中錨節(jié)點每定向廣播一次位置信息，定向天線即旋轉(zhuǎn)到一個新方位角，并通過定向天線的旋轉(zhuǎn)使所有通信范圍內(nèi)未知節(jié)點均能收到位置信息，未知節(jié)點存儲并比較接收到的位置信息以及接收信號強度，當未知節(jié)點最后一次接收到位置信息后，選擇接收信號強度最大的位置信息作為本輪次自定位數(shù)據(jù)，然后未知節(jié)點進入休眠狀態(tài)；

（5）進入下一輪廣播位置信息時間時，錨節(jié)點停止移動并開始新一輪位置信息的定向廣播，這時未知節(jié)點重新進入等待接收狀態(tài)；

（6）未知節(jié)點根據(jù)多輪次獲得的自定位數(shù)據(jù)計算自身位置。

其中，步驟（3）中，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大或為提高距錨節(jié)點較遠未知節(jié)點的定位精度的場景中，可在第一象限內(nèi)劃坐標軸平行線將網(wǎng)絡(luò)等距離分成若干層，錨節(jié)點在坐標軸和網(wǎng)絡(luò)分層線上移動，分層實現(xiàn)對未知節(jié)點的定位。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：本發(fā)明在不增加額外開銷的情況下，提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自定位方式，最少只需一個帶方向可調(diào)定向天線的移動錨節(jié)點即可實現(xiàn)傳感器節(jié)點的自定位，定位天線方向可實現(xiàn)自動精確調(diào)整，且定位精度高、算法簡單、成本低。

附圖說明

圖1（a）、（b）、（c）為本發(fā)明實施例一的定位原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例二的定位原理圖。