[發明專利]一種基于快速聚類多維標度FC-MDS改進的無線傳感器網絡定位方法

有效

• 申請號: 202011133155.4
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112469115B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 萬新旺;董帥;王鶴;李逸瑋;張海成
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18;G01S5/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 曹坤

本發明公開了一種基于FC?MDS改進的無線傳感器網絡定位方法。涉及無線傳感器網絡應用技術領域；具體步驟：1、無線傳感器網絡的初始化；2、將聚類整合后的無線傳感器網絡劃分為多個以簇頭為計算中心的簇；3、利用距離矩陣[T_ij]和分簇加權距離校正算法求得簇內各節點相異性距離矩陣[P_ij]；4、利用SMACOF優化函數對其進行優化，得到簇內各節點的相對坐標信息；5、對各個簇進行坐標配準以達到融合；重復上述步驟直至所有節點被融合；6、將無線傳感器網絡中所有未知節點的相對坐標轉換為實際物理坐標信息。本發明相較于FC?MDS節點定位算法，可以有效降低誤差率，提高定位的準確性。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡應用技術領域，具體涉及一種無線傳感器網絡節點定位方法，主要用于解決FC-MDS在不規則網絡拓撲結構下節點精確定位問題。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSN)是是一種可自組織的分布式網絡，通過對區域部署大量的傳感器節點采集處理信息以對區域進行檢測。因其自組網絡，動態拓撲，體積小巧，價格低廉等優勢而被廣泛應用在全球的軍事安全、智能家居、物流服務、智能現代農業、生態環境感知等諸多領域。對周圍環境的監測時，節點的位置信息是不可或缺的。因此對無線傳感器網絡的節點定位方法的研究也越來越被重視。

節點定位方法都是基于部署了GPS(Global Positioning System)的錨節點的位置信息，節點間相互通信估算未知節點的位置。無線傳感器網絡定位方法可籠統的劃分為兩類：基于測距(Range-based)和基于非測距(Range-free)。前者的定位前提是知道節點間的距離或角度等信息，定位精度較高。經典的基于測距的方法有：接收信號強度指示 RSSI(Received Signal Strength Indicator)、到達時間TOA(Time of Arrival)、到達角度AOA(Angle of Arrival)等；而基于非測距定位方法則根據網絡連通度及關聯性等信息間接得到距離信息，成本低但定位精度相對較差如:質心方法(Centroid)、距離矢量跳方法(Distance Vector-Hop，DV-Hop)、近似三角形內點測試方法(Approximate Point-in-triangulation Test，APIT)等

多維標度定位方法(Multidimensional Scaling-MAP，MDS-MAP)可以根據所需條件的不同應用在基于測距和測距無關兩種場合中，其基本思想是利用Dijkstra或者Floyd方法計算出節點間的最短路徑，得到節點間的距離矩陣。再根據節點間的距離是否可測，使用度量或非度量多維標度方法處理距離矩陣得到網絡中節點的相對坐標，最后利用錨節點的絕對坐標信息通過線性變換將整個網絡中節點的相對坐標轉換為絕對坐標。

在FC-MDS中采用了分布式的MDS方法，主要思想是三個階段的處理：1.進行了確保大部分簇頭的只緩存一個節點的分簇過程，2.簇內定位階段使用最短路徑代替歐氏距離，并用SMOCAF優化函數對經典MDS方法迭代求精，3.簇間融合階段使用最小二乘法坐標配準法，減少一定計算量。

在實際應用中，WSN多被部署在復雜環境下，經常出現節點分布不均勻，節點間由于存在障礙物而產生通信空洞，形成了不規則的網絡拓撲結構。這時候用最短路徑的值會遠遠大于歐氏距離，所以上述方法在面對各向異性的不規則網絡時仍存在較大誤差，不能滿足實際的應用需求。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種無線傳感器網絡節點定位方法，在現有FC-MDS定位方法基礎上進行改進，該方法提出了分簇加權距離校正的思想，能適應實際應用中的不規則網絡拓撲結構，有效地提高了節點定位精度。

本發明的技術方案是：一種基于FC-MDS改進的無線傳感器網絡定位方法，具體步驟包括如下：

步驟(1.1)、無線傳感器網絡的初始化：網絡中各節點通過RSSI測距方法獲得相鄰節點的距離矩陣[T_ij]；