[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011064591.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN112188615B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃曉虎;韓德志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

本發(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，包含步驟：S1、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)廣播包含其位置信息的數(shù)據(jù)包；網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點(diǎn)獲得其與任一信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的第一最小跳數(shù)值；信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計(jì)算到網(wǎng)絡(luò)中所有其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的第一平均每跳跳距；S2、任選網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為起始節(jié)點(diǎn)，任選網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算起始節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的第二最小跳數(shù)值；S3、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計(jì)算、修正、廣播其到所有其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的第二平均每跳跳距；S4、未知節(jié)點(diǎn)修正并保存其接收的第二平均每跳跳距；S5、根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)保存的所述第二平均每跳跳距，計(jì)算該未知節(jié)點(diǎn)與任一信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的估計(jì)距離；S6、根據(jù)所述估計(jì)距離計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于改進(jìn)跳數(shù)和自適應(yīng)密度優(yōu)化跳距的3D-IA*ODV-HOP無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是一個(gè)由多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)通過多跳方式組成的自組織網(wǎng)絡(luò)，部署在需要監(jiān)控的某些特定區(qū)域，它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)，用于采集與處理檢測(cè)到的信息，同時(shí)將處理后的信息發(fā)送給檢測(cè)人員。無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為物理世界與數(shù)字世界的橋梁，在目標(biāo)追蹤，環(huán)境監(jiān)測(cè)，軍事偵察甚至在能量管理中已被廣泛應(yīng)用。多數(shù)情況下傳感器節(jié)點(diǎn)的部署區(qū)域并不是簡(jiǎn)單的二維區(qū)域，而是隨機(jī)的投放在復(fù)雜多變的三維區(qū)域，已有的二維節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)通常不能滿足現(xiàn)實(shí)需要，因此研究三維區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)定位具有很重要的意義。

而作為Range-free(無需測(cè)距)算法的代表之一，DV-HOP算法應(yīng)用廣泛、易于擴(kuò)展并且受限制的條件少，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性進(jìn)行定位，由于其功率消耗和成本低，能做到符合大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景所要求的定位效果，受到廣泛的青睞。

對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)DV-HOP算法雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是DV-Hop算法是通過距離矢量信息和網(wǎng)絡(luò)的連通性對(duì)未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，并不是直接對(duì)節(jié)點(diǎn)間距離進(jìn)行測(cè)量，該算法本身會(huì)對(duì)定位的準(zhǔn)確度有一定的影響。其誤差產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面:1.在傳統(tǒng)DV-Hop算法或改進(jìn)的DV-Hop算法中，一般情況下節(jié)點(diǎn)都是隨機(jī)分布的，如果兩節(jié)點(diǎn)之間的傳播路徑與直線差距偏大，在第一階段用直線距離替代折線距離計(jì)算平均跳距就會(huì)產(chǎn)生較大誤差，且節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)越多，對(duì)距離進(jìn)行估計(jì)產(chǎn)生的誤差越大。2.在第二階段估算未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)間距離時(shí)使用的是同一跳距，即距離未知節(jié)點(diǎn)最近的錨節(jié)點(diǎn)的平均跳距，采用單一的平均跳距來估算距離并不能反映出網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)情況，定位精度必然會(huì)受到影響。

A*算法是靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中求解最短路徑時(shí)有效的搜索方法，也是許多算法的啟發(fā)式算法。本質(zhì)上似乎是一種貪心選擇策略，即走的每一步都是當(dāng)前狀態(tài)下的最優(yōu)選擇，吸取了Dijstra和貪婪最佳優(yōu)先搜索兩種方案算法思想，依據(jù)權(quán)值不斷向目標(biāo)方向前進(jìn)，而A*算法的路徑選擇依據(jù)主要是通過g(n)、h(n)、f(n)這三個(gè)代價(jià)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。g(n)、h(n)、f(n)分別是g*(n)、h*(n)、f*(n)的估計(jì)值。g*(n)：從起始節(jié)點(diǎn)到第n節(jié)點(diǎn)的最短路徑的耗散值，h*(n)：從第n節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最短路徑的耗散值。如果h(n)偏小了，我們的效率會(huì)降低，舉一個(gè)極端例子，當(dāng)h(n)＝0，則f(n)＝g(n)，那就是最普通的廣搜了；如果h(n)偏大了，時(shí)間的效率會(huì)大大增加，但是這樣會(huì)讓我們的搜索接近與深搜而可能不能獲取最優(yōu)解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，通過改進(jìn)A*算法，減少了計(jì)算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的多跳信號(hào)傳播路徑時(shí)產(chǎn)生的角度偏差，優(yōu)化搜尋路徑，得到網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)與任一信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的第二最小跳數(shù)值，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計(jì)算與所有其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的第二最小平均每跳跳距并廣播，未知節(jié)點(diǎn)能夠有效判斷其與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間路徑區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布密集度，根據(jù)判斷結(jié)果為不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)廣播的第二平均每跳跳距賦予不同權(quán)重，從而修正了未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離，使未知節(jié)點(diǎn)定位數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。通過本發(fā)明能夠有效對(duì)二維、三維空間的任意無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。