[發(fā)明專利]一種分布式通信節(jié)點輕量智能定位增強算法

在審

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• 申請日: 2022-10-18
• 公開（公告）號: CN115914993A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設計）人: 陶維亮
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;H04B13/02;H04B11/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發(fā)明屬于水聲定位技術領域，公開了一種分布式通信節(jié)點輕量智能定位增強算法。本發(fā)明中的普通節(jié)點接收來自鄰域范圍內(nèi)的多個錨節(jié)點發(fā)送的節(jié)點信息，并選取其中的第三數(shù)量的節(jié)點信息作為鄰節(jié)點信息，對鄰節(jié)點信息進行識別提取得到定位關聯(lián)信息，進而計算得到該普通節(jié)點的位置信息，并使自己提升為錨節(jié)點，該錨節(jié)點將自身的位置信息連同當前時間信息構成自身節(jié)點信息，將自身節(jié)點信息連同該錨節(jié)點的第三數(shù)量的鄰節(jié)點信息構成節(jié)點信息，并通過水聲信道將節(jié)點信息發(fā)送出去。本發(fā)明提供的方法使得通信節(jié)點可以利用鄰節(jié)點信息解算自身位置，能夠減少系統(tǒng)的復雜性和對中心節(jié)點或計算中心的依賴，提高系統(tǒng)穩(wěn)健性和可靠性。

技術領域

本發(fā)明屬于水聲定位技術領域，更具體地，涉及一種分布式通信節(jié)點輕量智能定位增強算法。

背景技術

水下定位網(wǎng)是開發(fā)海洋資源、進行水下環(huán)境監(jiān)測、災難預報、獲取軍事情報及建立海洋觀測網(wǎng)等應用的基礎。由于光信號和電信號在水下環(huán)境中都存在嚴重的衰減、穿透性弱的問題，因此目前只有水聲信號通信和定位是水下長距離定位的有效手段。但水下聲傳播存在低帶寬、高時延、高誤碼率等制約，實現(xiàn)水下環(huán)境的定位應用，面臨極大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有的水下定位網(wǎng)絡存在的局限性主要在于：中心化的網(wǎng)絡結(jié)構對錨節(jié)點通信能力要求很高，其通信覆蓋范圍大和錨節(jié)點低功耗長期運行的要求是矛盾的，且整個網(wǎng)絡對中心節(jié)點的依賴性較高；海洋洋流、風、浪等因素導致水聲通信節(jié)點具有實時動態(tài)性，網(wǎng)絡整體結(jié)構不穩(wěn)定、節(jié)點分布不均勻，給水下定位網(wǎng)絡的實時、長期、可靠工作帶來巨大困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過提供一種分布式通信節(jié)點輕量智能定位增強算法，解決現(xiàn)有技術中水下定位網(wǎng)絡對中心節(jié)點的依賴性較高，水下定位網(wǎng)絡的整體精度和可靠性有待提高的問題。

本發(fā)明提供一種分布式通信節(jié)點輕量智能定位增強算法，包括：

在監(jiān)測海域布放通信節(jié)點，所述通信節(jié)點包括第一數(shù)量的錨節(jié)點和第二數(shù)量的普通節(jié)點；

針對每個錨節(jié)點，該錨節(jié)點獲取錨節(jié)點的位置信息，將錨節(jié)點的位置信息連同當前時間信息構成節(jié)點信息，并通過水聲信道將節(jié)點信息發(fā)送出去；

針對每個普通節(jié)點，該普通節(jié)點接收來自鄰域范圍內(nèi)的多個錨節(jié)點發(fā)送的節(jié)點信息，并選取其中的第三數(shù)量的節(jié)點信息作為鄰節(jié)點信息；對鄰節(jié)點信息進行識別提取得到定位關聯(lián)信息，所述定位關聯(lián)信息包括發(fā)送節(jié)點信息的錨節(jié)點的位置信息、發(fā)送節(jié)點信息的錨節(jié)點與該普通節(jié)點的間隔距離信息；

普通節(jié)點基于得到的多個定位關聯(lián)信息計算得到該普通節(jié)點的位置信息，并使自己提升為錨節(jié)點；該錨節(jié)點將自身的位置信息連同當前時間信息構成自身節(jié)點信息，將自身節(jié)點信息連同該錨節(jié)點的第三數(shù)量的鄰節(jié)點信息構成節(jié)點信息，并通過水聲信道將節(jié)點信息發(fā)送出去。

優(yōu)選的，普通節(jié)點選取信號最強的第三數(shù)量的節(jié)點信息作為鄰節(jié)點信息。

優(yōu)選的，所述第三數(shù)量為3個。

優(yōu)選的，普通節(jié)點基于得到的多個定位關聯(lián)信息，利用多層感知機回歸模型計算得到該普通節(jié)點的位置信息。

優(yōu)選的，所述多層感知機回歸模型包括：輸入層、第一隱藏層、第二隱藏層和輸出層；所述輸入層用于輸入多個定位關聯(lián)信息，所述第一隱藏層用于提取輸入特征的自身信息和輸入特征之間的相互關聯(lián)信息，所述第二隱藏層用于進行各通信節(jié)點的交叉驗證和自身校正，所述輸出層用于輸出待定位的本地節(jié)點的位置信息。

優(yōu)選的，通過訓練集和測試集對所述多層感知機回歸模型進行訓練和測試，所述訓練集和所述測試集中的每個樣本均包括每個本地節(jié)點的多個一級鄰節(jié)點和二級鄰節(jié)點的位置、距離關系，以及已知的本地節(jié)點的位置；

其中，在監(jiān)測海域直接布放的錨節(jié)點作為本地節(jié)點的一級鄰節(jié)點；