[發(fā)明專利]一種基于時(shí)序的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)蒙特卡洛定位方法

在審

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• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107071735A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝健驪;李翠然;田浩杉;穆聰
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州交通大學(xué)
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京中恒高博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11249
• 代理人: 劉洪京

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位方法，具體指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于時(shí)序的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)蒙特卡洛定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是指傳感器節(jié)點(diǎn)以多跳、自組織的形式組成的一個(gè)無線通信系統(tǒng)。大量的微型傳感器部署在所要監(jiān)測的區(qū)域內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)對感興趣的目標(biāo)進(jìn)行觀測并獲取其信息報(bào)告給觀察者，從而實(shí)現(xiàn)了對監(jiān)測區(qū)域的監(jiān)控。對WSN的研究主要側(cè)重于三個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署、節(jié)點(diǎn)定位和網(wǎng)絡(luò)能耗。本案是針對移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位展開研究，正所謂沒有位置信息檢測的消息是沒有意義的。WSN節(jié)點(diǎn)定位可以根據(jù)是否需要測距而分為結(jié)合測距（range-based）定位算法和無需測距（range-free）定位算法兩大類。在節(jié)點(diǎn)定位的研究初期，主要采用結(jié)合測距的手段。它根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的相對位置和角度直接測量二者的距離，再根據(jù)測得的信息通過三邊測量法，三角測量法以及極大似然估計(jì)等算法進(jìn)行具體定位。非測距類定位算法則是憑借網(wǎng)絡(luò)的連通度信息來估計(jì)出錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的距離，然后根據(jù)估計(jì)的距離來進(jìn)行定位。目前非測距類定位算法有DV-Hop算法、質(zhì)心算法、APIT算法等，與結(jié)合測距的算法相比，非測距類算法的網(wǎng)絡(luò)生存能力強(qiáng)，無需額外的硬件設(shè)備，更適合大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用；但是，上述方法大多沒有考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性問題。伴隨著節(jié)點(diǎn)能夠在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，使得移動(dòng)WSN在事件的監(jiān)測上有其固有的優(yōu)勢并已得到廣泛的應(yīng)用。比如在列車定位中，要對不斷移動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位，以了解列車的位置信息。由此可見，對于移動(dòng)WSN的定位研究現(xiàn)如今已成為一個(gè)熱點(diǎn)方向。

針對移動(dòng)WSN中節(jié)點(diǎn)的定位，早在2004年蒙特卡洛定位（Monte-Carlo Location，MCL）算法便被從機(jī)器人定位中引入到了移動(dòng)WSN中，雖然MCL定位算法拋開了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的干擾，甚至節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度越大定位精度越高，但是該算法的采樣成功率很低且容易出現(xiàn)粒子退化的問題。近年來很多學(xué)者對其進(jìn)行了改進(jìn)，相繼提出了蒙特卡洛盒子定位（Monte-Carlo Location Boxed，MCB）算法、動(dòng)態(tài)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位（Mobile and Static Sensor Network Location，MSL）算法以及多跳蒙特卡洛定位（Multi-hop-based Monte-Carlo Localization，MMCL)算法。其中，蒙特卡洛盒子定位算法通過錨箱（Anchor Box）和采樣箱（Sample Box）來縮小采樣區(qū)域從而提高采樣效率；但是當(dāng)觀測模型分布在錨箱的比重很小時(shí)，該算法的采樣成功率仍然很低。動(dòng)態(tài)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法利用了鄰居節(jié)點(diǎn)中定位精度較高的節(jié)點(diǎn)來輔助定位，但其計(jì)算過程非常復(fù)雜，通信耗能也比較大，不適于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。而將DV-Hop引入到了MCL定位中提出的多跳蒙特卡洛定位算法，該算法充分利用了錨節(jié)點(diǎn)的信息，在低錨節(jié)點(diǎn)密度的網(wǎng)絡(luò)中能表現(xiàn)出良好的定位性能。上述算法從不同角度對MCL算法進(jìn)行了改進(jìn)，但是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓容^頻繁的高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，上述算法的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)生存性仍存在一定的性能缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于時(shí)序的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)蒙特卡洛定位方法，利用錨節(jié)點(diǎn)的掃描反饋信號的時(shí)序信息初步構(gòu)建定位節(jié)點(diǎn)采樣區(qū)域，并與傳統(tǒng)蒙特卡洛定位方法獲取的采樣區(qū)域疊加來縮小采樣范圍，從而提高移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的采樣效率和定位精度。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種基于時(shí)序的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)蒙特卡洛定位方法，包括以下步驟：

S1、錨節(jié)點(diǎn)將自身信息分別傳遞給其周圍的一跳和二跳鄰居錨節(jié)點(diǎn)；

S2、錨節(jié)點(diǎn)以一定的時(shí)間間隔發(fā)射掃描波信號，以判斷目標(biāo)定位節(jié)點(diǎn)是否達(dá)到定位時(shí)刻，當(dāng)目標(biāo)定位節(jié)點(diǎn)在接收到其周圍至少3個(gè)一跳鄰居錨節(jié)點(diǎn)的信息時(shí)即達(dá)到定位時(shí)刻，達(dá)到則執(zhí)行步驟3，否則經(jīng)下一周期繼續(xù)判斷；其中，設(shè)R為錨節(jié)點(diǎn)的通信半徑，為目標(biāo)定位節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的最大速度，則錨節(jié)點(diǎn)發(fā)射掃描波的時(shí)間間隔為；

S3、由目標(biāo)定位節(jié)點(diǎn)周圍至少3個(gè)鄰居錨節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自的掃描波信號反饋時(shí)序信息，構(gòu)建定位節(jié)點(diǎn)采樣區(qū)域；

S4、利用蒙特卡洛定位方法獲取定位節(jié)點(diǎn)采樣區(qū)域，對定位節(jié)點(diǎn)采樣區(qū)域和求交集，得到定位節(jié)點(diǎn)采樣區(qū)域；

S5、在定位節(jié)點(diǎn)采樣區(qū)域中，隨機(jī)抽取樣本數(shù)為N的樣本集；

S6、通過過濾公式判斷樣本集中的每個(gè)樣本是否有效，即符合過濾公式的為有效樣本點(diǎn)，不符合過濾公式的為無效樣本點(diǎn)，需濾除；