[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

本發明涉及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，包括：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；錨節點將收集到的錨節點信息構建跳數向量和距離向量并發送到sink節點；sink節點將接收到的兩個向量作為訓練數據訓練堆棧自編碼器得到距離估計模型，并將模型發送給網絡中的未知節點；未知節點將收集到的錨節點信息輸入到模型中，模型的輸出為未知節點到達錨節點的距離估計向量；未知節點根據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。本發明根據網絡實際所處環境的特性，通過學習網絡中錨節點收集的數據提高非測距定位方法在所部屬的網絡的實用性，實現在不同網絡下的精準定位。

技術領域

本發明涉及通信領域，尤其涉及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。

背景技術

無線傳感器網絡節點定位是在網絡中存在若干位置已知的錨節點(Anchornodes)的前提下，對網絡中位置未知的節點進行位置估計。目前WSNs中的定位算法可以分為兩大類，分別是測距(Range-based)和非測距(Range-free)。基于測距的定位算法需要在傳感器節點上安裝額外的硬件設備來收集測距相關的物理參數，例如到達角(AoA)，到達時間(ToA)和接收信號強度(RSS)等，以測量收發機之間的距離。該類方法通常能獲得較高的定位精度，但額外硬件的安裝和使用將使得網絡的成本和功耗變大，因此該類方法多應用于部署在小區域的小規模網絡，例如室內環境。

如圖1所示為現有技術中具有代表性的非測距定位方法，其中DV-Hop是由錨節點根據泛洪收集到的跳數和距離信息計算平均跳進(Average Hop Progress,AHP)，再利用節點間的跳數乘以AHP得到節點間的距離，最后使用多邊定位法定位；LAEP是由傳感器節點根據網絡節點密度計算得到每跳期望距離(Expected Hop Progress,EHP)，再用節點間的跳數乘以EHP得到節點間的距離從而實現定位；SM是由未知節點利用距離估計的局部性，通過鄰居已定位節點發來的PHL(Per Hop Length)向量計算到錨節點的距離，再利用GDOP度量選擇幾何位置分布較好的錨節點進行定位。

由于在實際的大型傳感器網絡部署中，傳感器節點通常是通過飛行器的低空播撒來部署的，這種方式將導致網絡中節點的位置分布不均勻，再者所要監測的環境通常存在障礙物、湖泊等節點無法部署的區域，由此將在網絡中形成“覆蓋空洞”，如圖2所示，“覆蓋空洞”的出現將導致節點間的最短路由路徑產生迂回，實際中無線電信號受到障礙物、衰落以及多徑效應等的影響，在相同傳輸距離的情況下，信號的接收功率不盡相同，如圖3所示，無線電不規則(Radio Irregularity)同樣將給利用節點間跳數進行距離估計的定位方案帶來不利影響。

以上的各種不利于定位的外界影響統稱為各向異性因素，而存在這些因素的網絡稱為各項異性網絡，而現有的定位方法受到網絡中的各向異性因素的影響導致未知節點與錨節點之間的最短距離與實際距離往往相差較大，因而獲得的未知節點的位置信息也往往誤差較大，從而導致未知節點位置信息估計不準確，降低了無線傳感器網絡定位的精度。無線傳感器網絡中各向異性因素的存在將對定位算法的性能產生較大的影響，而且各項異性因素在不同部署環境的網絡中差異巨大，使得設計的定位方案在不同網絡中的性能波動較大，難以在所有環境的網絡中均取得較好的定位性能，加上目前大部分定位算法采用的坐標計算方式存在固有缺陷，進一步限制了算法的定位精度。

發明內容

本發明旨在解決上述現有技術中至少一種不足(缺陷)，提供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，能根據網絡實際所處環境的特性，通過學習網絡中錨節點收集的數據提高非測距定位方法在所部屬的網絡的實用性，實現在不同網絡下的精準定位。

提供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，包括：

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；