[發明專利]一種基于到達角度和Gossip算法的無線傳感器網絡分布式協作定位方法

有效

• 申請號: 201410074875.6
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103841641B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 吳少川;崔聞;單元旭;王玉澤;孫仁強;趙震;袁鐘達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于到達角度和Gossip算法的無線傳感器網絡分布式協作定位方法，其特征在于基于到達角度和Gossip算法的無線傳感器網絡分布式協作定位方法按以下步驟實現：

步驟一：在無線傳感器網絡覆蓋范圍內隨機或人為布置N個錨節點，每個錨節點通過攜帶GPS裝置或人為布置的方式獲取自身位置坐標(x_i,y_i)；

步驟二：每個錨節點在各個時隙隨機喚醒，監測未知節點是否出現；

步驟三：如若未知節點出現在無線傳感器網絡覆蓋范圍內，則喚醒錨節點i將收到未知節點發射的無線電信號，利用本地陣列天線或者方向性天線裝置測量信號方向，計算入射信號相對x軸方向的角度θ_i，連同本地坐標保存在一起(x_i,y_i,θ_i)；

步驟四：各個錨節點依次喚醒，如該錨節點尚未完成角度測量和數據保存，則重復步驟三的過程，直至無線傳感器網絡中所有錨節點均完成角度測量和數據保存，至此完成角度測量過程；

步驟五：在完成角度測量的基礎上，進行初步定位過程，在初步定位過程中無線傳感器網絡中的錨節點隨機喚醒，假設錨節點j處于喚醒狀態,錨節點j隨機選擇相鄰錨節點i運行成對Gossip算法從而完成數據交換，交換本地坐標和角度數據；錨節點i和錨節點j分別將收到的數據保存在本地，至此錨節點i和錨節點j的本地保存數據相同，且為

[x0iy0iθ0i]=[x0jy0jθ0j]=xiyiθixjyjθj]]>

其中為錨節點j經角度測量后獲取的本地保存數據；

步驟六：錨節點j根據步驟五獲取的本地數據，根據AOA定位方法的計算公式

xj0=yj-yi+xitanθi-xjtanθjtanθi-tanθiyj0=yjtanθi-yitanθj+xitanθitanθj-xjtanθitanθjtanθi-tanθj]]>

獲取未知節點位置的初始估計值

步驟七：無線傳感器網絡中的其余錨節點隨機喚醒，按照錨節點j的工作方式重復步驟五和步驟六獲取該錨節點對于未知節點位置的初始估計值，直至所有錨節點完成對于未知節點位置的初始估計，無線傳感器網絡中所有錨節點的未知節點位置初始估計值坐標為

[x0y0]=x10y10x20y20......xj0yj0......xN0yN0;]]>

步驟八：在無線傳感器網絡中所有錨節點獲取本節點對于未知節點位置的初始估計值的基礎上，無線傳感器網絡中所有N個錨節點選擇運行成對Gossip算法或者廣播Gossip算法：

(1)成對Gossip算法具體運行過程如下：假設在時隙t錨節點j被喚醒，該錨節點隨機選擇一個相鄰錨節點i交換初始估計值數據：

xjt+1=xit+1=12(xit+xjt)yjt+1=yit+1=12(yit+yjt)]]>

(2)廣播Gossip算法具體運行過程如下：假設在時隙t錨節點j被喚醒，該錨節點向所有相鄰錨節點廣播其狀態值，所有接收錨節點一旦收到其狀態值，就按照如下方式更新本地狀態值：

xkt-1=γxkt+(1-γ)xjtykt+1=γykt+(1-γ)yjt,∀k∈Mxkt+1=xktykt+1=ykt,∀k∉M]]>

其中γ∈(0,1)為混合參數，M為錨節點j所有相鄰錨節點組成的集合；

整個無線傳感器網絡中N個錨節點所運行的Gossip算法迭代過程可以表示如下

zt+1=Wtzt=Σn=1tWnz0]]>

其中

zt=[x0y0]=x10y10x20y20......xj0yj0......xN0yN0;]]>

步驟九：判斷Gossip算法是否達到預先設定的迭代次數，如若達到預先設定的迭代次數則整個算法完成，無線傳感器網絡中所有錨節點完成基于到達角度和Gossip算法的分布式協作定位，各個錨節點獲得完全相同的未知節點位置估計值，基于成對Gossip算法的分布式協作定位方法所獲得的最終未知節點位置估計值為：

zfinal=[xfinalyfinal]=x1finaly1finalx2finaly2final......xjfinalyjfinal......xNfinalyNfinal=1N1→1→Tx10y10x20y20......xj0yj0......xN0yN0;]]>

即完成了一種基于到達角度和Gossip算法的無線傳感器網絡分布式協作定位方法。