[發明專利]一種基于權重Voronoi圖的無線傳感器網絡定位方法

在審

• 申請號: 201410177645.2
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103929717A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 蔡紹濱;潘虹杞;姚念民;高振國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network，WSN)研究中的定位技術領域，具體涉及一種基于權重Voronoi圖的無線傳感器網絡定位方法。

背景技術

無線傳感器網絡(WSN)是由部署在特定的監測區域內大量、具有通信能力和計算能力的微小傳感器節點構成的自組織分布式網絡系統。在無線傳感器網絡中，節點的位置信息對傳感器網絡的監測活動起著非常重要的作用，沒有位置信息的監測消息是沒有意義的。因此，無線傳感器網絡定位技術的研究是無線傳感器網絡的關鍵技術。

在無線傳感器網絡中，由于節點通常是部署在自然環境中，對環境的各種物理信息進行搜集，然后將信息傳遞給管理人員進行分析，因此節點的位置信息是十分必要的，若管理人員僅僅得到一個物理信息而沒有得到該信息的位置信息，那么該信息被認為是無用信息。因此，節點定位技術是WSN中最重要的一種技術。例如，當節點用于室外監測時，我們需要知道每個節點監測數據的具體位置；當節點用于醫療監測時，醫護人員需要知道病情處于人體的具體部位；當節點用于交通控制時，需要知道被監測車輛的實時位置信息。因此節點定位技術是WSN最重要的技術，被稱之為是支撐技術。

根據不同的標準，我們可以將WSN定位算法分為不同的類別，按照是否需要知道節點之間的距離或角度信息可以分為基于距離的和距離無關的；按照信標節點是否參與到定位計算中可以分為絕對定位和相對定位。基于TOA的定位、基于TDOA的定位和基于AOA的定位是典型的基于距離的算法。質心算法、DV-Hop算法和APIT算法是典型的距離無關算法。

在WSN的定位算法中，如果一個算法是距離相關的算法，那么首先應通過特殊的機制得到節點之間的距離信息或相對角度信息，然后根據已知的信息采用三邊測量法或三角測量法進行計算得出待定位節點的計算坐標。如果一個定位算法是距離無關的，那么節點之間的距離或角度信息不是通過測量得出的，而是通過節點之間的連通性估算而得出的。由于測量的結果往往會比估算的結果具有較高的精確度，因此基于距離的定位算法在定位精度上也會比距離無關的定位算法要高，但由于采用了特殊的機制來測量距離或角度信息，因此基于距離算法的計算量也隨之提升，并且由于需要對節點進行測距或測角度，這就要求每個節點需要安裝特殊的硬件設備，這會造成節點制作成本的提高。綜上，當節點成本控制較嚴格、對精度要求不高的情況下，距離無關的定位算法可以滿足要求。

質心(Centroid)算法是最為典型的距離無關的定位算法，它的大致思想如下：

多邊形的幾何中心成為質心，多邊形頂點坐標的平均值就是質心節點的坐標。質心定位算法首先確定包含未知節點的區域，計算這個區域的質心，并將其作為未知節點的位置。

在質心算法中，信標節點周期性地向鄰居節點廣播信標分組，信標分組中包含信標節點的標識號和位置信息。當未知節點收到來自不同信標節點的信標分組數量超過某一個門限值或接收一定時間后，就確定自身位置為這些信節點所組成的多邊形的質心。

質心算法完全基于網絡連通性，無需信標節點和未知節點之間的協調，因此比較簡單，容易實現。用質心作為實際位置本身就是一種估計，這種估計的精確度與信標節點的密度以及分布有很大關系，密度越大，分布越均勻，定位精度越高。

發明內容

針對現有無線傳感器網絡距離無關定位算法存在定位精度低的問題，本發明提出了一種提高定位精度的一種基于權重Voronoi圖的無線傳感器網絡定位方法。

本發明的目的是這樣實現的：

(1)在無線傳感器網絡中待定位節點S廣播定位請求信息，向周圍信標節點獲取定位信息；

(2)所有收到定位請求信息的信標節點A₁,A₂,A₃…A_n向待定位節點S返回包含自身坐標和一跳鄰居信標節點表的應答信息；