[發明專利]基于非等厚球殼的無線傳感器網絡三維節點定位方法

有效

• 申請號: 201410377403.8
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104142491A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 李建坡;陳曉娟;鐘鑫鑫;趙立權;李楠
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G01S5/10
• 分類號: G01S5/10
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，涉及基于非等厚球殼的無線傳感器網絡三維節點定位方法。

背景技術

節點定位技術是無線傳感器網絡中的核心技術之一，在目標追蹤、事件監測、定位路由、戰場定位等諸多領域應用廣泛。三維節點定位方法根據節點定位過程中是否需要測量節點間的實際距離或角度，可分為基于非測距的定位方法和基于測距的定位方法。基于非測距的定位方法通過錨節點與普通節點間網絡拓撲關系，利用劃分球殼、空間等手段來縮小定位范圍，利用最小跳數或者質心算法進行非測距定位，該方法對節點連通度要求較高，對錨節點密度要求較高，當節點密度較低時對定位誤差影響巨大，不適合大規模無線傳感器網絡定位；基于測距的定位方法分為測距階段和計算節點坐標兩個階段，測距階段需要普通節點通過與至少四個錨節點通信測定錨節點與未知節點之間的距離或者角度，計算節點坐標階段則采用四邊測量法計算出節點的三維位置，該方法定位精度相對較高，算法復雜度低，對錨節點設備要求不高。

基于測距的定位方法，其定位精度與兩節點間接收到的信號強度有關，而接收信號強度會受到信號傳輸不規則性DOI的影響，DOI是指信號在360個傳播方向上每一度的最大通信距離變化量，它將導致信號在不同的傳播方向上會有不同的傳輸半徑，隨著節點間距離的變化，不同方向上的信號傳輸距離起伏很大，系統中的非對稱鏈接比例也會隨之變化。目前存在的三維定位方法大多基于理想環境，認為信號按接收信號強度大小逐級呈球形傳輸，沒有考慮由于信號傳輸不規則性對信號傳輸的影響。近年來，在非理想環境下的三維節點定位方法越來越受到學者們的重視，在非理想環境下信號近似以一個不規則的薄球殼形式傳輸，即信號傳輸具有嚴格的上下界，信號介于上界和下界之間呈現不規則的傳輸特性，這使得目標節點在接收到錨節點發出的相同功率值時，所對應的兩個節點間距離發生變化，無法利用信號強度計算出錨節點到目標節點的準確距離，一些學者假設信號傳輸距離的上界及下界變化率相同，從而確定信號傳輸范圍，該方法雖然將測距算法與非理想環境聯系起來，但是，該方法選僅適用于節點所處區域DOI值相同的環境，由于信號傳輸距離、環境的改變，當DOI取值不同時對信號傳輸影響不同，信號不規則傳輸的程度不同，導致錨球殼厚度不同，而選取固定的DOI值顯然帶來一定的定位誤差，該方法缺少算法對復雜環境的感知，使其不具有對環境的適應性。

發明內容

本發明的目的是，針對信號傳輸不規則性DOI對信號傳輸的影響及目前算法僅在相同DOI條件下應用的不足，提出一種科學合理，適用性強，能夠適用于復雜環境下的三維節點定位的基于非等厚球殼的無線傳感器網絡三維節點定位方法。

本發明的目的是由以下技術方案來實現的：一種基于非等厚球殼的無線傳感器網絡三維節點定位方法，其特征是，它包括以下內容：

1)節點球殼厚度計算

所述節點球殼厚度計算是依據目標節點接收到的錨節點發出的信號強度值，利用信號強度及距離的關系計算出理想狀態下目標節點與錨節點之間的距離，結合節點處不同DOI對信號傳輸的影響，確定錨節點傳輸的內球殼半徑與外球殼半徑，用公式表示為：

R′＝R·10^(k·DOI),其中