[發明專利]一種無線傳感網絡中基于估距的定位方法

有效

• 申請號: 201310344275.2
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103415072A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 黃智勇;張欣;李新科;胡國慶
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 重慶志合專利事務所 50210
• 代理人: 胡榮琿

技術領域

本發明涉及一種無線傳感網絡中的定位方法，特別涉及一種無線傳感網絡中基于估距的定位方法。

背景技術

近年來隨著人們對無人值守下的環境監控、物體追蹤、室內導航等需求的不斷增加，無線傳感網絡的作用也越加明顯。

傳感器節點、數據處理終端、網關節點是組成無線傳感網的基礎，其組網方式采用多跳和對等方式,網絡拓撲結構與無線Adhoc網絡相似，具有自織織和自適應等動態變化等特性。

傳感器節點散布在指定的感知區域內,它們能夠從周圍環境中讀取的數據，但由于這些傳感器節點體積微小，只有有限的計算處理能力，所以通常通過多跳路由的方式把數據傳送到網關節點，然后交由數據處理終端集中處理。可以看出無線傳感網是一種規模和資源嚴格受限的分布系統。

定位技術是傳感器網絡的應用基礎，無線傳感網的大多數應用都需要傳感器節點的位置信息。傳感網采集的數據需要位置信息才能表達該事件的含義，沒有位置信息的數據幾乎沒有利用價值，因此位置信息是感知數據的重要組成部分。其次傳感網的很多協議，比如拓撲控制、狀態無關路由技術、目標追蹤等都需要位置信息的支持才能實現。

無線傳感網的定位系統中通常將傳感器節點分為兩類，一類稱之為錨點,或稱為信標節點，它是具有自主定位能力的節點；另一類稱為未知節點，它們通過獲取錨點的相關信息確定自己位置。

錨點的自主定位能力一般可通過GPS衛星或者人工配置手段來實現，出于成本和功耗等方面的考慮，錨點在整個網絡節點中所占的比例通常很少。而未知節點的自身定位由算法來實現。

目前，傳感網的定位算法大致可以分為基于測距的算法和無需測距的算法兩類。由于無需測距的算法僅根據網絡連通性實現定位，因此該算法具有抗干擾能力強，硬件成本低等優點，其中DV-Hop算法在無需測距類型中應用最為廣泛。DV-Hop算法是用平均跳距與錨節點間最小跳數的乘積來近似表示未知節點到錨節點的距離。當未知節點受地形、環境和氣候等因素的影響分布不均勻時，會導致較大的估距誤差，使定位準確度下降；其次平均每跳距離存在一定的誤差，當未知節點到錨點的跳數較大時，誤差的累計效應會使得定位準確度大大降低。

發明內容

本發明的目的是提供無線傳感網絡中基于估距的定位方法，采用該方法無線傳感網絡中估距誤差小，定位準確度高，可以用于動物種群的跟蹤、大范圍的環境監測、安全生產監控、室內導航等領域。

該方法采用未知節點在每次估算距離時，依據所需估算的距離尋找最優估距錨點，各級是否存在最優估距錨點以及其類型將估距方式分成三種類型，每種類型以不同的方式獲取估算距離以實現定位，最后用“非線性-跳數”加權因子對同一未知節點的多個估計坐標進行加權處理，以求得未知節點的坐標實現定位。

具體的技術方案是：

無線傳感網絡中基于估距的定位方法，有以下步驟：

1）將具有自主定位能力的錨點和未知節點隨機分布在定位區域中；

2）錨點與未知節點的自身初始化；

3）各錨點向周圍的未知節點發送包含自身ID與自身坐標的數據包，并將數據包中記錄數據值的數據置為0；

4）未知節點接收步驟3）所述的各個錨點的數據包，提取數據包中的ID信息進行判斷，若為首次接收該ID的數據包，則記錄下該數據包，并將該數據包中的跳數值加1后向周圍的未知節點和錨點轉發，否則對已接收的相同ID的數據包進行比較，若當前接收的數據包中的記錄轉發次數的跳數值比已接收的相同ID的數據包中的跳數值小，則記錄下該數據包，并將該數據包中的跳數值加1后轉發，否則丟棄該數據包，若未知節點在一定時間后沒有接收到下一個數據包則結束步驟4），否則繼續進行步驟4）的比較；

5）各錨點將記錄的其它錨點到該錨點的最小跳數值整理成該錨點的跳數表，并向網絡中發送；

6）未知節點接收錨點發送的跳數表；

7）跳數表的數值進行估距計算；

8）估距計算值采用極大似然法計算三邊定位坐標，若算出所有組合的三邊定位坐標，則進行坐標加權；若沒有算出所有組合的三邊定位坐標，則重新用極大似然法計算三邊定位坐標，至算出所有組合的三邊定位坐標，進行坐標加權，求出坐標；

9）定位結束。

步驟1）所述的未知節點為通過獲取錨點的相關信息確定自己位置的傳感器節點，該相關信息包括，該未知節點到各個錨點的跳數值、各錨點的坐標以及各錨點發送的跳數表。

步驟5）所述各錨點表示為A(i)，其跳數表的形式如下：

錨點A(i)發送的跳數表