[發明專利]各向異性無線傳感器網絡的擴展區域多跳節點測距方法

有效

• 申請號: 202110613086.5
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113347565B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 孟潁輝;田二林;殷君茹;陳躍文;董明浩;張秋聞;直乾英
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/38;H04W64/00;G01S11/02;G01S5/14
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

本發明提出了一種各向異性無線傳感器網絡的擴展區域多跳節點測距方法，用以解決當局部區域節點形成凹型區域，節點間跳距與實際距離存在跳距誤差的問題。本發明步驟為：根據各向異性傳感器網絡中的凹型區域的邊界形狀對凹型區域邊界進行分類；對影響節點通信的邊界類型，根據邊界節點的連通信息進行分割通信，利用凹型區域邊界識別方法識別凹型區域邊界節點；利用節點間的連通信息計算未受凹型區域影響的節點間距，對于節點間最短通信路徑經過凹陷區域邊界節點，利用拓展凹型區域邊界測距方法計算節點間的間距。本發明解決了各向異性無線傳感器網絡中節點多跳測距問題，與非測距節點定位算法相比，在凹型區域傳感器網絡中有良好的準確性和穩定性。

技術領域

本發明涉及節點測距定位的技術領域，尤其涉及一種各向異性無線傳感器網絡的擴展區域多跳節點測距方法。

背景技術

無線傳感器網絡是一種被部署在受控區域的多跳自組織網絡，它由大量的具有通信與感知能力的傳感器節點構成，在入侵檢測、工業自動化、智能建筑等眾多領域有著極其廣泛的應用。在任何領域中，只要涉及到無線傳感器網絡的應用，那么它的節點定位就起著不可估量的作用。作為物聯網前端技術，無線傳感器網絡實現了快速部署、組網便捷、低成本的數據收集，具有廣闊的應用前景。但是在大多數應用和傳感器網絡自身拓撲控制、路由等核心技術設計中，傳感器節點必須明確自身位置信息。無線傳感器網絡節點受到成本、能耗限制，不可能給所有節點裝配定位模塊。無線傳感器網絡必須根據部署在網絡中的個別位置已知的節點(錨節點)和其與目標節點的節點間距來實現節點定位，因此利用節點連通信息實現測距的節點測距技術就至關重要。現有的定位技術根據定位算法是否直接通過物理測量來獲得節點間的距離或角度信息分為測距(Range-based)定位技術和非測距(Range-free)定位技術。

測距定位利用物理層無線信號的接收信號強度(RSS，received signalstrength)、到達時間(TOA，time of arrival)、到達時間差(TDOA，time difference onarrival))、到達角度(AOA，angle of arrival)，并依據定位幾何關系獲得定位測量，進而解算位置(坐標)信息。雖然基于測距的定位技術通過節點間的絕對距離來計算節點的位置，精度相對較高，但是，在大型區域中它會產生較高的硬件成本，同時也會產生較高的能耗。然而，與測距定位相比，非測距定位免硬件支持，具有成本低、功耗小的特點，更能適應資源受限無線傳感器網絡的應用需求。非測距定位不直接進行距離(或方位)的測量，而是通過估計節點間的歐氏距離或確定包含未知節點的可能區域，進而確定未知節點的位置。經典的非測距定位算法有DV-Hop算法、質心算法(centroid algorithm)、凸規劃(convexoptimization)算法和MDS-MAP算法等。

在非測距定位算法中大都用跳距來計算節點間的歐式距離，但是在各向異性傳感器網絡中，當局部區域節點分布不均勻，形成凹型區域的時候，節點間跳距與實際距離往往相去甚遠。

無線傳感器網絡的應用與現實環境緊密相連，因此其相關研究應該充分考慮現實環境對無線傳感器網絡研究的影響。在現實應用當中，由于無線傳感器網絡節點部署具有隨機性、監測區域存在較大障礙物、節點之間通信信號不穩定等因素，導致節點部署區域形成凹型區域。傳感器節點通信能力有限，節點之間往往是通過多跳的方式進行通信。受凹型區域中凹型邊界影響，通過多跳進行通信的傳感器節點之間的最短路徑很可能遠遠背離一條直線，從而造成它們之間較大的最短路徑誤差。因此，如何在凹型區域的環境下用非測距節點定位算法獲得精確的測距結果具有重要的實用價值，值得進行深入研究。