[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中高精度距離估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310571838.1
• 申請(qǐng)日: 2013-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN103607770A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史昕;張玲華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法中的距離估計(jì)方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳感器節(jié)點(diǎn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中往往是隨機(jī)部署的，所以節(jié)點(diǎn)無法確定自身的位置，但對(duì)于如災(zāi)情報(bào)警、環(huán)境監(jiān)控、軍情探測(cè)等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用來說，節(jié)點(diǎn)位置信息至關(guān)重要。一個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)消息如果失去位置信息通常是毫無意義的，因此必須通過一定的算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自定位。(J.Yick,B.Mukherjee,D.Ghosal.Wireless?sensor?network?survey[J].Computer?Networks,2008:2292-2330)

通常情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法分為兩類：基于距離的(Range-based)和距離無關(guān)的(Range-free)。基于距離的定位算法使用到達(dá)時(shí)間差或到達(dá)角度等方法測(cè)量點(diǎn)到點(diǎn)之間的距離；而距離無關(guān)的定位算法只利用跳數(shù)或網(wǎng)絡(luò)連通度等信息來得到近似的位置信息，因此它與前者相比在成本和能耗方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

在眾多經(jīng)典的距離無關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法中，有一類算法的中心思想是：未知節(jié)點(diǎn)首先估計(jì)自身到多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離，然后通過極大似然估計(jì)法或三邊測(cè)量法等方法計(jì)算自身坐標(biāo)，這一類算法的代表有DV-Hop算法、Amorphous算法等。該類算法的關(guān)鍵問題是如何精確地估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，距離估計(jì)的精度極大地影響了一個(gè)算法的定位精度。

目前針對(duì)距離估計(jì)精度的優(yōu)化主要包括賦予距離不同的錨節(jié)點(diǎn)不同的權(quán)值、采用最小均方誤差準(zhǔn)則、引入RSSI(Received?Signal?Strength?Indication，接收信號(hào)強(qiáng)度指示)技術(shù)等。(1、D.Niculescu,B.Nath.DV?based?positioning?in?ad?hoc?networks[J].Journal?of?Telecommunication?Systems,2003,22(14),pp.267-280.2、劉峰，張翰，楊驥.一種基于加權(quán)處理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平均跳距離估計(jì)算法[J].電子信息學(xué)報(bào)，2008,30(5):1222-1225.3、張愛清，葉新榮，胡海峰，等.基于RSSI每跳分級(jí)和跳距修正的DV-HOP改進(jìn)算法[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2012,33(11):2552-2559.)。但是由于各項(xiàng)異性網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，上述技術(shù)在各向異性的網(wǎng)絡(luò)中會(huì)造成距離估計(jì)精度不高，估計(jì)距離存在誤差的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位提供一種高精度距離估計(jì)方法，通過錨節(jié)點(diǎn)功率控制技術(shù)和鄰居節(jié)點(diǎn)的分布信息的使用，使得未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離估計(jì)的精度提高，并且在各向異性的網(wǎng)絡(luò)中，依舊能保持良好的距離估計(jì)精度。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中高精度距離估計(jì)方法，包含以下步驟：

第一步，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，配置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)；

第二步，由錨節(jié)點(diǎn)依次發(fā)射不同功率等級(jí)的信標(biāo)信號(hào)，所述信標(biāo)信號(hào)中包含該錨節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)號(hào)ID、位置信息以及發(fā)射的功率等級(jí)；未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的錨節(jié)點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)中的功率等級(jí)計(jì)算其相距該錨節(jié)點(diǎn)的最短距離：

MinDis=r×(P-1)?????????(1)

其中，r為未知節(jié)點(diǎn)的通信半徑，P為未知節(jié)點(diǎn)接收的錨節(jié)點(diǎn)信標(biāo)信號(hào)中的功率等級(jí)，P=1,2...n，n為最大功率等級(jí)；各功率等級(jí)所對(duì)應(yīng)的通信半徑為r×P；

第三步，由未知節(jié)點(diǎn)計(jì)算其相對(duì)該錨節(jié)點(diǎn)的外環(huán)節(jié)點(diǎn)數(shù)，所述外環(huán)節(jié)點(diǎn)數(shù)是指該未知節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中相對(duì)同一錨節(jié)點(diǎn)且功率等級(jí)+1的節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

第四步，未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)第三步得到的外環(huán)節(jié)點(diǎn)數(shù)，以及預(yù)先儲(chǔ)存的外環(huán)節(jié)點(diǎn)數(shù)與相對(duì)距離關(guān)系對(duì)應(yīng)表得出相對(duì)距離，再將相對(duì)距離與第二步得到的最短距離相加計(jì)算出自身距錨節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中高精度距離估計(jì)方法，在第二步中：未知節(jié)點(diǎn)只儲(chǔ)存來自不同錨節(jié)點(diǎn)的功率等級(jí)最小的信標(biāo)信號(hào)，根據(jù)該信標(biāo)信號(hào)中的功率等級(jí)計(jì)算其相距該錨節(jié)點(diǎn)的最短距離。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中高精度距離估計(jì)方法，所述第三步具體步驟如下：