[發明專利]一種基于質心定位改進的無線傳感器網絡節點定位算法

有效

• 申請號: 202011137808.6
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112462329B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 萬新旺;李逸瑋;張海成;董帥;王鶴
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01S5/12
• 分類號: G01S5/12;H04W64/00;H04W84/18
• 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質心定位改進的無線傳感器網絡節點定位算法。屬于無線傳感器網絡應用技術領域，具體步驟：(1.1)、無線傳感器網絡的初始化；(1.2)、建立自身信標節點信息表，構成初步的定位三角形區域ABC；(1.3)、切割三角形區域ABC形成若干個子區域，構建階次序列表，選擇相關度最高的子區域作為未知節點的定位區域1；(1.4)、通過RSSI測距得到未知節點與3個信標節點間的距離，將其作為未知節點的定位區域2；(1.5)、判斷得到的定位區域1與定位區域2是否相交。本發明相較于經典質心節點定位以及二次質心定位，降低誤差率，提高定位的準確性。這種算法的實現，有效地縮小了未知節點定位區域的大小。

技術領域

本發明屬于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，特別是用于解決質心定位算法定位區域過大，定位精度低的問題。

背景技術

隨著無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network,WSN)與物聯網(Internet ofThings，LoT)技術的飛速發展，無線傳感器憑借其體積小、耗能低、價格低且擁有通信、儲存甚至移動的特點，被廣泛應用于我們生活的方方面面，諸如軍事偵察、醫院檢測、智能家居、環境感知等領域。其中，無線傳感器網絡的定位是至關重要的一部分。

在無線傳感器網絡定位算法中，按照是否需要憑借測距分為基于測距的(range-based)和非基于測距的(Range-free)定位算法。基于測距的定位算法主要包括：接收信號強度定位(Received Signal Strength Indicator,RSSI)，信號傳輸時間定位(Time OfArrival,TOA)，信號到達時間差定位(Time Difference Of Arrival,TDOA)，信號到達角度定位(Angle Of Arrival,AOA)；非基于測距的定位算法主要包括：質心算法(CentroidLocalization,CL)，距離矢量跳數算法(Distance Vector Hop,DV-Hop)，近似三角形內點測試算法(Approximate PIT Test,APIT)。

質心定位算法是一種基于網絡連通性的定位算法。信標節點周期性地向鄰居節點廣播包含自身標識和位置信息的數據包，當未知節點接收到來自某一信標節點的數據包數量超過某個值或接收一定的時間后，就確定該信標節點處于自身的通信范圍內，并將其通信范圍內的所有信標節點構成的幾何質心作為自身的估計位置。為了減少運算量，質心算法一般取接收到的信號能量值較大的三個信標節點構成三角形，將三角形的質心作為未知節點的估計位置。

質心定位算法的誤差主要來源于未知節點所在區域過大以及信標節點分布的不均勻性。一方面，質心算法直接定義未知節點所在區域質心為估計坐標，當信標節點距離較遠時，區域過大會導致誤差較大；另一方面，當信標節點分布不均勻的時候，質心定位算法的定位精度會大幅下降。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種基于質心定位改進的無線傳感器網絡節點定位算法；在現有質心定位方法基礎上進行改進，該方法引入階次序列劃分法以及RSSI測距，大大縮小了質心算法中未知節點所在區域的大小，有效地提高了節點定位精度。

本發明的技術方案是：一種基于質心定位改進的無線傳感器網絡節點定位算法，具體步驟包括如下：

步驟(1.1)、無線傳感器網絡的初始化：通過信標節點向未知節點廣播消息；使用未知節點接收并記錄來自各信標節點的RSSI值；

步驟(1.2)、未知節點將其接收到的所有信標節點按照其接收到的RSSI值的大小進行排序，建立自身信標節點信息表，選擇RSSI值最大的3個信標節點A,B,C，構成初步的定位三角形區域ABC；

步驟(1.3)、切割三角形區域ABC形成若干個子區域，構建階次序列表；未知節點根據RSSI值確定自身的階次序列，搜索階次序列表，選擇相關度最高的子區域作為未知節點的定位區域1；