[發明專利]一種WSN節點的定位方法及裝置

有效

• 申請號: 201810111003.0
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108307498B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 蔣銳;顏永慶;蔡文杰;李震宇
• 申請（專利權）人: 通鼎互聯信息股份有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 蘇州知途知識產權代理事務所(普通合伙) 32299
• 代理人: 馬剛強

本發明公開了一種WSN節點的定位方法及裝置，該方法包括確定WSN中未知節點和連通未知節點的信標節點之間的信號，確定WSN中任意像素單元和連通所述未知節點的信標節點之間的信號，根據未知節點和連通未知節點的信標節點之間的信號以及WSN中任意像素單元和連通未知節點的信標節點之間的信號，生成目標函數，搜索WSN中任意像素單元信號對應的目標函數值，將最大目標函數值對應的像素單元定位為未知節點。通過搜索WSN中任意像素單元信號對應的目標函數值，將最大目標函數值對應的像素單元定位為未知節點可以實現高精度低功耗的節點定位。

技術領域

本發明實施例涉及通信技術領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡(WirelessSensor Network,簡稱WSN)節點的定位方法及裝置。

背景技術

WSN是物聯網的基本組成部分，其利用多個傳感器節點通過自組織的方式構成無線網絡，是物聯網用來感知、識別以及處理網絡覆蓋區域中被監測對象的信息生產和采集系統。隨著傳感器技術、嵌入式計算技術、計算機網絡技術和無線通信技術等的不斷發展，無線傳感器網絡技術也逐漸走向成熟，并在軍事偵察、環境監測、目標跟蹤、醫療護理等諸多領域的應用不斷普及。

WSN節點定位是指未知節點基于網絡中位置已知的鄰近信標節點，通過有限的通信對于自身在系統中位置的估計。傳感器節點自身的準確定位是實現對所監測對象進行定位、跟蹤等應用的前提，是WSN研究的基礎性問題和熱點問題之一。現有的WSN節點定位方法基本可以分為兩類：基于測距的定位方法和基于非測距的定位方法。基于測距的定位方法通過未知節點與鄰近信標節點間的通信具體計算兩者之間距離或者方位，并基于此實現節點自身定位。經典方法有基于接收信號強度(Received signal strength indication,簡稱RSSI)測距定位如文獻1：Yaghoubi F.,Abbasfar A.-A.,Maham B..Energy-EfficientRSSI-Based Localization for Wireless Sensor Networks 2014.2：Sahu P.K.,WuE.H.-K.,Sahoo J..DuRT:Dual RSSI trend based localization for wireless sensornetworks 2013.3：Slavisa Tomic,Marko Beko,Rui Dinis.RSS-Based Localization inWireless Sensor Networks Using Convex Relaxation:Noncooperative andCooperative Schemes 2015.中公開的技術。基于信號傳播時間(Time of arrival,簡稱TOA)測距定位如文獻1：Yu K.,Guo Y.J.,Hedley M..TOA-based distributedlocalisation with unknown internal delays and clock frequency offsets inwireless sensor networks 2009.2：Enyang Xu,Zhi Ding,Dasgupta S..SourceLocalization in Wireless Sensor Networks From Signal Time-of-ArrivalMeasurements 2011.中公開的技術。基于信號到達時間差(Time difference of arrival,簡稱TDOA)測距定位如文獻1：Bandiera F.,Coluccia A.,Ricci G.,Ricciato F.,SpanoD..TDOA Localization in Asynchronous WSNs 2014.中公開的技術。大部分基于測距的定位方法需要另外的基礎設備硬件支持，系統成本也隨之增加，并且，為了降低距離或者角度測量所產生的誤差，一般基于測距的定位方法都會使用一些計算及通信開銷較大的方法以達到降低測量誤差的目的。因此，雖然基于測距的定位方法大多誤差較小，但是普遍硬件成本較高或者定位能耗較大，所以不適合應用于實際中。基于非測距的定位方法并不具體計算未知節點與鄰近信標節點間的距離或者方位，而是利用網絡連通性、節點間跳數等信息實現節點自身定位。經典方法有基于質心定位方法如文獻1：Ninipama Bulusu,JohnHeidemann,Deborah Farm.GPS-less Low Cost Outdoor Localization for Very SmallDevices 2000.2：Rui Jiang,Zhen Yang.An improved centroid localizationalgorithm based on iterative computation for wireless sensor network 2016.中公開的技術。近似三角形內點測試(Approximate point-in-triangulation test,簡稱APIT)定位方法如文獻1：Yong Zhou,Xin Ao,Shixiong Xia.An Improved APIT NodeSelf-localization Algorithm in WSN 2008.2：Feng Yu,Qin Wang,Xiaotong Zhang,Chong Li.ALocalization Algorithm for WSN Based on Characteristics of PowerAttenuation 2008.3：Jizeng Wang,Hongxu Jin.Improvement on APIT LocalizationAlgrithms for Wireless Sensor Networks 2009.中公開的技術。DV-hop定位方法如文獻1：Hadir A.,Zine-Dine K.,Bakhouya M.,El Kafi J.An Optimized DV-hopLocalization Algorithm Using Average Hop Weighted Mean in WSNs 2014.2：JunXiang,Wei Wei Tan.An Improved DV-hop Algorithm Based on Iterative Computationfor Wireless Sensor Network Localization 2013.中公開的技術。凸規劃定位方法如文獻1：Lance Doherty,Laurent EL Ghaoui,Kristofer S.J.Pister.Convex PositionEstimation in Wireless Sensor Networks 2001.中公開的技術。該類方法由于不需要精確計算未知節點與鄰近信標節點間的距離或者角度，因而減少了定位方法的計算量和通信開銷，從而顯著降低了定位過程中對于網絡的硬件設備要求和節點能量的消耗，在實際應用中受到越來越多的關注。但是由于大部分基于非測距的方法定位精度相對較低，大大限制了其在實際中的廣泛應用。