[發明專利]一種基于堆棧自編碼器的無線傳感器網絡非測距定位方法

有效

• 申請號: 202010064911.6
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111277968B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 劉星成;紀文杰;劉異橦
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/06;H04W40/02;H04W40/04;H04W64/00
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌

1.一種基于堆棧自編碼器的無線傳感器網絡非測距定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、錨節點向網絡中的節點廣播自身的錨節點信息，節點收集所有錨節點信息，所述節點包括未知節點和錨節點；

S2、錨節點將自身收集到的錨節點信息分別構建跳數向量和距離向量，并將所述跳數向量和距離向量發送到選定的sink節點，所述sink節點為網絡中計算資源最強的錨節點；

S3、sink節點將接收到的跳數向量和距離向量作為訓練數據訓練堆棧自編碼器得到距離估計模型，并將所述距離估計模型發送給網絡中的未知節點；

S4、未知節點將收集到的錨節點信息輸入到距離估計模型中，距離估計模型的輸出為未知節點到達錨節點的距離估計向量；

S5、未知節點根據所述距離估計向量構建目標函數，將目標函數的最小值對應的解作為自身坐標；

所述錨節點信息具體為包含錨節點的ID信息、位置信息和跳數信息的message數據包；

所述錨節點將自身收集到的錨節點信息分別構建跳數向量和距離向量的構建方式具體為：所述網絡中存在N_a個錨節點，錨節點的ID信息為1～N_a，跳數向量和距離向量的維度均為N_a，則錨節點i的跳數向量為距離向量為其中錨節點i的跳數向量h_i為從其錨節點信息表AT中獲得的跳數信息，每個元素表示錨節點i到ID信息對應的錨節點的最小跳數；距離向量d_i表示錨節點i與ID信息為1～N_a的錨節點之間的歐式距離，根據錨節點信息表AT中保存的錨節點的位置信息由公式計得，其中x_i為錨節點i位置信息中的橫坐標，y_i為錨節點i位置信息中的縱坐標，x_j為錨節點j位置信息中的橫坐標，y_j為錨節點j位置信息中的縱坐標；

所述sink節點自身收集網絡中的錨節點信息，并根據錨節點信息分別構建跳數向量和距離向量；

所述sink節點量接收到的跳數向量和距離向量作為訓練數據訓練堆棧自編碼器的具體步驟為：

S31、將自身構建的跳數向量和接收到的跳數向量形成跳數矩陣，將自身構建的距離向量和接收到的距離向量形成距離矩陣；

S32、以跳數矩陣為訓練數據訓練堆棧自編碼器的第一個自編碼器，根據第一個自編碼器的輸出采用梯度下降法獲得第一編碼權值和第一編碼偏置；

S33、根據公式獲得第二個自編碼器的訓練數據P并訓練堆棧自編碼器的第二個自編碼器，根據第二個自編碼器的輸出采用梯度下降法獲得第二編碼權值和第二編碼偏置，其中W₁為第一編碼權值，H為跳數矩陣，b₁為第一編碼偏置；

S34、在堆棧自編碼器上添加一個線性預測層，以跳數矩陣和距離矩陣為訓練數據進行有監督訓練，通過反向傳播和梯度下降法獲得線性預測層的權值矩陣、偏置向量和距離估計模型；

所述未知節點將收集到的錨節點信息輸入到距離估計模型中，距離估計模型的輸出為未知節點到達錨節點的距離估計向量具體為：未知節點將收集到的每個錨節點的跳數信息構建跳數向量并將跳數向量輸入到距離估計模型中，距離估計模型的輸出向量即為未知節點到達每個錨節點的距離估計向量；

所述未知節點根據所述距離估計向量構建目標函數，將目標函數的最小值對應的解作為自身坐標具體為：未知節點k根據獲得距離估計向量構建目標函數為e_k的最小值所對應的解即作為未知節點的估計坐標，其中(x_i,y_i)為錨節點i的位置信息,h_k表示將未知節點k收集的錨節點數據并建構的跳數向量表示將跳數向量h_k輸入距離估計模型得到的距離估計向量，表示錨節點i在未知節點k坐標計算過程中的權重，其中h_ki表示未知節點k收集的錨節點i的跳數信息，max(h_k)表示未知節點k跳數向量的最大跳數。