[發明專利]一種基于可信鄰居距離的無線傳感網節點定位校準方法

無效

• 申請號: 201310396228.2
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103442437A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 江禹生;陳躚;江松洋
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線通信網絡技術領域，具體涉及一種無線傳感器網絡的節點定位校準方法。

背景技術

在無線傳感器網絡中的節點多為隨機布撒在監測區域中，這些節點可分為錨節點和未知節點兩類，少量錨節點通過配備GPS定位模塊或人工布設獲得自身位置，而大多數未知節點位置不能事先確定，一定范圍內的節點可相互自由通信，稱為鄰居節點。

在眾多的應用中，事件發生的位置或獲取信息的節點位置是傳感器節點監測消息中所包含的重要信息，沒有位置信息的監測數據往往毫無意義。例如，目標跟蹤時，傳感器探測出所跟蹤的目標，需通過傳感器的位置來計算目標位置；火災報警中，需要知道探測到起火點的傳感器節點的準確位置；在軍事應用中，戰場監控則須通過傳感器節點的位置提供是哪個區域發現敵方入侵。在上述狀況中，傳感器節點必須首先知道自身的位置信息，這是進一步采取措施和做出決策的基礎。此外，無線傳感器網絡的某些路由機制、覆蓋信息和拓撲控制等都依賴于網絡中傳感器節點的位置。因此，傳感器節點自身定位是無線傳感網開展工作的前提。

解決傳感器節點定位問題是通過利用少數的錨節點來判定未知節點位置實現的。目前，已有大量基于此思想的定位方法被提出，例如：RSSI、AOA、TDOA、DV-hop、APIT等等。

但是，這些方法都無法同時滿足無線傳感器網絡對定位方法精度高、能耗小、成本低和穩定性的需求。首先由于傳感器節點受到成本、能耗和體積的限制，RSSI、AOA、TDOA這類需要復雜硬件設備支撐的定位方法是不太適用于傳感器網絡這種能量受限的場合。其次，DV-hop、APIT等基于網絡連通度的定位方法定位精度不高，不能滿足對位置信息準確度有嚴格要求的應用場合。最后，在實際應用中，無線傳感器網絡監測區域多為環境惡劣、人跡罕至等環境復雜的地區，由于障礙物的阻擋（如湖泊、懸崖），監測區域節點布設之后往往呈現出不規則的網絡拓撲結構，上述定位方法在不規則網絡拓撲結構的定位精度低，無法滿足實際應用的需要。

本發明針對無線傳感器網絡定位的這些限制，提出了一種基于可信鄰居距離的無線傳感網節點定位校準方法，通過可信的鄰居距離對節點初始估計位置進行校準來達到在不規則網絡拓撲結構下提高定位精度的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題就是提供一種無線傳感網節點定位校準方法，在不增加硬件設備和通信能量消耗的情況下，它能適應實際應用中的不規則網絡拓撲結構，達到提高節點定位精度的目的。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括下列步驟：

步驟1，確定網絡中所有節點的連通性：網絡中的每個錨節點向鄰居節點廣播包含自身位置和跳數值初始化為1的信息。鄰居節點記錄下錨節點位置和跳數值，并將跳數值加1繼續向外擴散，直至網絡中的所有節點都記錄下每個錨節點的位置信息和相應的跳數，而包含節點到各個錨節點最小跳數的矩陣就是該節點的連通性。此外，未知節點不僅保存自身也保存其鄰居錨節點的連通性；

步驟2，獲得每一個未知節點到所有錨節點的距離：任意兩錨節點之間的距離除以其對應的跳數獲得該兩錨節點間平均每一跳的距離，稱為錨節點的平均跳距，每個錨節點向全網廣播自身平均跳距，未知節點接收最近錨節點的平均跳距作為自身平均跳距；未知節點的連通性與各個鄰居錨節點的連通性差值，稱為兩節點的連通性差異，包含未知節點與所有鄰居錨節點連通性差值的矩陣稱為未知節點的連通性差異矩陣；延續了DV-hop定位方法中距離計算方式，只是在計算未知節點到鄰居錨節點的距離時，將鄰居錨節點與未知節點的連通性差異與未知節點連通性差異矩陣中的最大值的比值作為此鄰居錨節點的權值，與通信半徑的乘積得到鄰居錨節點到未知節點的距離。

步驟3，計算每一個未知節點的初始位置坐標：采用極大似然估計法對未知節點進行位置坐標估算。

步驟4，計算每一個未知節點的校準位置坐標：未知節點有鄰居錨節點，以未知節點到最近錨節點的距離為可信鄰居距離，未知節點估計位置與最近錨節點的連線為移動方向，將未知節點估計位置移動到距離最近錨節點為可信鄰居距離的位置，得到未知節點校準位置；未知節點沒有鄰居錨節點，忽略步驟4。

所述步驟1中，網絡中所有節點到每個錨節點的跳數是采用DV-hop定位方法中獲得距離矢量跳數的方法確定的。

所述步驟2中，利用連通性差異來估計未知節點與鄰居錨節點之間距離的大小，兩節點之間的連通性差異越小鄰居距離越小。

所述步驟2中，兩節點間的連通性差異計算方式為：