[發(fā)明專利]一種強自適應(yīng)性移動節(jié)點定位的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310101006.3
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103152745A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 單志龍;劉蘭輝
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 張玲春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器定位跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中強自適應(yīng)性移動節(jié)點定位的方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Network,WSN)由大量部署在監(jiān)控區(qū)域的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)作感知、采集和處理相關(guān)監(jiān)控信息。對于大多數(shù)應(yīng)用而言，不知道傳感器節(jié)點的位置而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。因此，傳感器節(jié)點必須明確自身位置才能詳細說明“在什么位置或者區(qū)域發(fā)生了特定事件”，實現(xiàn)對外部目標(biāo)的定位和跟蹤。另外一方面，了解傳感器節(jié)點位置信息還可以提高路由效率，為網(wǎng)絡(luò)提供命名空間，向部署者報告網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負載均衡等。因此，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計和應(yīng)用均是一項非常重要的因素。然而，人工部署和為所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安裝GPS接收器都會受到成本、功耗和擴展性等方面的限制，甚至在某些場合可能根本無法實現(xiàn)。

目前對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法主要分為測距方法和非測距方法兩大類。測距方法依賴額外硬件測量節(jié)點間的距離信息，如接受信號強度（RSSI）、信號的到達時間（TOA）、信號到達時間差（TDOA）以及信號的到達角度（AOA）；非測距方法主要根據(jù)節(jié)點的連通性實現(xiàn)節(jié)點定位，定位成本較低，例如質(zhì)心算法、APIT算法，DV-Hop算法，凸規(guī)劃算法等。

然而，在節(jié)點移動的環(huán)境中，隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實時變化，節(jié)點速度的不確定性，運動狀態(tài)的不可知等因素影響，傳統(tǒng)的定位算法并不能滿足定位要求。幸運的是，研究人員關(guān)于對移動節(jié)點定位的研究已經(jīng)取得了長足的進展，并在許多已經(jīng)公開或授權(quán)的專利文獻中得以公開。

例如，中國專利CN101520502A中公開了一種對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的跟蹤定位方法，包括以下步驟：在一個測量定位周期中，近似保持均速直線運動的移動節(jié)點以已知的時間間隔發(fā)送至少四次低重頻脈沖信標(biāo)信號，由一個主錨節(jié)點連續(xù)四次接收信標(biāo)信號，并通過自時差測量而得到三個相對于初始測量時刻的自時差關(guān)系式，利用余弦定理從由移動節(jié)點的運動軌跡和探測波的運動矢徑所構(gòu)成的定位測量三角形中給出二個三角函數(shù)方程，聯(lián)解方程式，即能確定出所述移動節(jié)點和錨節(jié)點之間的相對距離和速度。進一步通過采用信標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，由二個輔助錨節(jié)點向主錨節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)所述移動節(jié)點最后一次發(fā)送的信標(biāo)信號,實現(xiàn)對移動節(jié)點的非同步坐標(biāo)定位。本發(fā)明無需錨節(jié)點之間的時間同步即能實現(xiàn)對移動目標(biāo)的跟蹤定位。

另外，中國專利CN101931866A中一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的用于移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位方法，包括以下步驟：分別給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點編號并設(shè)置初始位置可信度標(biāo)志值，初始位置坐標(biāo)與初始速度矢量；節(jié)點以時間T為周期，周期性的廣播其定位信息，同時接收其鄰居節(jié)點廣播的定位信息，且通過接收到的鄰居節(jié)點的信號強度得到這兩個節(jié)點間的粗估位置；對待定位節(jié)點分別進行位置枚舉處理、速度更新處理和位置可信度重估處理，得到待定位節(jié)點新的位置坐標(biāo)、新的速度矢量和新的位置可信度標(biāo)志值；當(dāng)前周期結(jié)束后，開始新的周期，重新對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行定位。本發(fā)明只需少數(shù)已知具體位置的節(jié)點，就可在快速移動的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)節(jié)點定位服務(wù)，且定位簡單、準(zhǔn)確度高。

此外，還可以使用蒙特卡羅定位方法（Monte?Carlo?Localization，MCL)對移動節(jié)點進行定位。蒙特卡羅定位方法的核心思想是：在貝葉斯濾波位置估計的基礎(chǔ)上，把待定節(jié)點可能出現(xiàn)的位置用加權(quán)樣本集的形式表示，用N個帶有權(quán)重的離散采樣來估計節(jié)點位置。主要通過預(yù)測階段和濾波階段實現(xiàn)節(jié)點定位。MCL定位算法計算簡單，復(fù)雜性低。定位過程中的收斂速度和粒子采樣對定位環(huán)境依賴性低。算法隨機性強，適合解決節(jié)點運動的無規(guī)律問題。

令人失望的，上述的各種對移動節(jié)點的定位方法在定位過程的重復(fù)計算量非常大，導(dǎo)致系統(tǒng)反應(yīng)遲滯，難以獲得人們的青睞。本領(lǐng)域技術(shù)人員仍然希望出現(xiàn)更多的技術(shù)以解決上述的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種強自適應(yīng)性移動節(jié)點定位的方法，期待該方法能夠有效降低在對移動節(jié)點的定位過程中的計算量，提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

為此，本發(fā)明提供了一種強自適應(yīng)性移動節(jié)點定位的方法，該方法包括以下步驟：

獲取該移動節(jié)點的歷史位置隊列，所述歷史位置隊列中至少包含該移動節(jié)點在定位時刻t之前的三個時刻所在的位置坐標(biāo)、和；