专利名称：传感器网络节点的定位方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线网络技术领域，尤其涉及一种传感器网络节点的定位方法及装置。
背景技术：
现有的传感器网络中节点的定位方法分为两类基于测距技术的定位算法 (,range-based localization) ^W^(,range-free localization)。基于测距技术的定位算法通过测量节点间信号強度、信号传播时间、信号传播时间差以及达角交汇等信息计算节点间距离，再使用三边测量法、三角測量法或最大似然估计法计算节点位置，但对硬件有较高要求，而且容易受到环境的干扰。无需测距的定位算法则无需距离和角度信息，仅根据网络连通性等信息实现节点定位，如基于最小跳数和平均每跳距离的定位方法，其定位过程不依赖于测距方法，利用多跳信标节点信息来參与节点定位，在该定位机制中，未知节点首先计算与信标节点的最小跳数，然后估算平均每跳距离，利用最小跳数乘以平均每跳距离，估算得到未知节点与信标节点之间的距离，再利用三边测量法或极大似然估计法计算未知节点的坐标。虽然采用平均每跳距离来估算实际距离，对节点的硬件要求低，实现简单，该方法采用的平均每跳距离在密度均匀的各向同性网络中影响不大，但在密度不均匀的各向异性网络中，就会造成较大的误差。发明人在实现本发明的过程中发现，现有的基于最小跳数和平均每跳距离的定位方法在网络节点随机分布时存在偏差很大的问题，并且利用使用的最小二乗法修正节点坐标会导致测距误差在全网扩散，严重影响定位精度。
发明内容
本发明提供一种传感器网络节点的定位方法、装置，可以解决现有的基于最小跳数和平均每跳距离的定位方法在网络节点随机分布时存在定位偏差大的问题。本发明的第一个方面是提供一种传感器网络节点的定位方法，包括待定位节点接收三个信标节点分别广播的第一信标消息，各第一信标消息中包含对应信标节点的虚拟每跳距离和位置坐标，分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点中每个信标节点的虚拟跳数；根据所述三个信标节点的位置坐标和虚拟每跳距离、所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数，确定所述待定位节点的估算位置坐标。本发明的另ー个方面是提供一种传感器网络节点的定位装置，包括接收模块，用于接收三个信标节点分别广播的第一信标消息，各第一信标消息中包含对应信标节点的虚拟每跳距离和位置坐标；第一获取模块，用于分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点中每ー个信标节点的虚拟跳数；
第一确定模块，用于根据所述三个信标节点的位置坐标和虚拟每跳距离、所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数，确定所述待定位节点的估算位置坐标。本发明实施例通过待定位节点接收三个信标节点广播的第一信标消息，获取每一个信标节点的虚拟每跳距离和及其位置坐标，以及待定位节点到每ー个信标节点的虚拟跳数，从而确定待定位节点的位置坐标，能够降低现有的基于最小跳数和平均每跳距离的定位方法在网络节点随机分布时存在的偏差，同吋，为后续的筛选和修正过程奠定了良好的基础，有利于迭代过程的顺利进行。
图I为传感器网络节点随机分布的示意图；
图2为本发明实施例一提供的传感器网络节点的定位方法的流程示意图；图3为本发明实施例一确定的所述待定位节点的估算位置坐标的ー种匹配流程示意图；图4为图3所示方法确定的好节点的估算位置坐标和真实位置坐标的匹配示意图；图5为图3所示方法确定的坏节点的估算位置坐标和真实位置坐标的匹配示意图；图6为本发明实施例一确定的所述待定位节点的估算位置坐标的又ー种匹配流程不意图；图7为图6所示方法确定的好节点的距离序列匹配的示意图；图8为图6所示方法确定的坏节点的距离序列匹配的示意图；图9为基于图3或图6所方法确定的好节点确定加权节点的流程意图；图10为基于图9所示方法确定的加权节点修正坏节点的流程示意图；图11为本发明实施例ニ提供的传感器网络节点的定位装置的结构示意图。
具体实施例方式现有的基于最小跳数和平均每跳距离的定位方法中，每个非信标节点获取到信标节点的最小跳数具体为每个信标节点向其邻居节点广播带有自身位置坐标的信标消息，所述信标消息中包括跳数值，其中，跳数值初始化为O ;接收到该信标消息的非信标节点记录到该信标节点的最小跳数，忽略来自同一个信标节点的较大跳数，然后更新信标消息中的跳数值，即将跳数值加1，并将更新跳数值后的信标消息转发给该非信标节点的下一跳邻居节点，通过这个方法，传感器网络中的所有非信标节点能够保存到每个信标节点的最小跳数hA。平均每跳距离的获取方法具体为每个信标节点根据最小跳数获取方法获取到其他信标节点的最小跳数和其他信标节点的位置坐标，根据自身位置坐标和其他信标节点的位置坐标以及到其他信标节点的最小跳数，根据公式
权利要求
1.一种传感器网络节点的定位方法，其特征在于，包括 待定位节点接收三个信标节点分别广播的第一信标消息，各第一信标消息中包含对应信标节点的虚拟每跳距离和位置坐标，分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点中每个信标节点的虚拟跳数； 根据所述三个信标节点的位置坐标和虚拟每跳距离、所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数，确定所述待定位节点的估算位置坐标。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述待定位节点接收三个信标节点分别广播的第一信标消息，分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点中每个信标节点的虚拟跳数，具体包括 所述待定位节点接收各上一跳邻居节点发送的所述三个信标节点中同一信标节点的第一信标消息，所述第一信标消息中还包括所述上ー跳邻居节点到所述信标节点的虚拟跳数； 根据公式
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述待定位节点接收三个信标节点分别广播的第一信标消息之前，包括 所述三个信标节点中的每个信标节点接收其他信标节点广播的第二信标消息，所述第ニ信标消息中包括所述其他信标节点的位置坐标； 每个信标节点获取自身到所述其他信标节点的虚拟跳数； 每个信标节点根据自身的位置坐标、所述其他信标节点的位置坐标和自身到所述其他信标节点的虚拟跳数，计算自身的虚拟每跳距离； 每个信标节点广播所述第一信标消息，所述第一信标消息中包含所述信标节点的位置坐标、所述信标节点的虚拟每跳距离。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述三个信标节点自身的位置坐标和虚拟每跳距离、所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数，确定所述待定位节点的估算位置坐标，具体包括 分别将所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数与对应信标节点的虚拟每跳距离相乗，分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点的距离； 根据所述待定位节点到所述三个信标节点的距离和所述三个信标节点的位置坐标，采用三边测量法计算得到所述待定位节点的估算位置坐标。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述待定位节点的估算位置坐标之后，包括 所述待定位节点接收两跳邻居节点分别广播的第一节点消息，各第一节点消息中包括对应两跳邻居节点的估算位置坐标； 根据所述待定位节点自身的估算位置坐标、各两跳邻居节点的估算位置坐标，分别获取所述待定位节点到各两跳邻居节点的估算距离も/ ；根据公式M., ニ分别计算所述待定位节点到各两跳邻居节点的估算跳数hu’，其中，r为预设的节点传输半径； 确定所述待定位节点到两跳邻居节点的估算跳数hu’等于两跳的所述两跳邻居节点的个数，若所述个数超过预设个数，则确定所述待定位节点自身为好节点，并添加好节点标识，否则确定所述待定位节点自身为坏节点，并添加坏节点标识。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在干，所述确定所述待定位节点的估算位置坐标之后，还包括 所述待定位节点接收ー跳邻居节点分别广播的第二节点消息，各所述第二节点消息中包括对应ー跳邻居节点的估算位置坐标； 根据所述待定位节点自身的估算位置坐标、各一跳邻居节点的估算位置坐标，分别获取所述待定位节点到各一跳邻居节点的估算距离； 根据所述待定位节点到各一跳邻居节点的估算距离，将各一跳邻居节点按序排列井分配估算距离序列号a' i，i = 1，. . . n，n为ー跳邻居节点的个数； 通过测量所述待定位节点到各一跳邻居节点的信号强度值RSS，分别获取所述待定位节点到各一跳邻居节点的測量距离； 根据所述待定位节点到各一跳邻居节点的測量距离，将各一跳邻居节点按序排列井分配測量距离序列号ち，i = 1，. . . n，n为ー跳邻居节点的个数；根据公式风=^偏叫=^ +JZ+ゐa;こf:…ぺ确定所述待定位节点的距离序列匹配度Mi，其中，5 ,是最长公共子序列长度占整个序列长度的比例，CosDisti是所述估算距离序列和所述测量距离序列的余弦距离； 若所述距离序列匹配度Mi不小于预设的距离序列匹配度，则确定所述待定位节点自身为好节点，并添加好节点标识，否则确定所述待定位节点自身为坏节点，并添加坏节点标识。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述确定所述待定位节点自身为好节点之后，还包括 所述待定位节点接收各ー跳邻居节点分别广播的第三节点消息，确定各一跳邻居节点中的好节点为所述待定位节点的一跳好邻居节点，其中，各所述第三节点消息中包括对应一跳邻居节点对应的估算位置坐标和对应ー跳邻居节点对应的节点标识，所述节点标识包括好节点标识或坏节点标识； 根据所述待定位节点自身的估算位置坐标和各一跳好邻居节点的估算位置坐标，分别计算所述待定位节点到各一跳好邻居节点之间的估算距离Iij; 通过测量所述待定位节点到各一跳好邻居节点的信号强度值RSS，分别获取所述待定位节点到各一跳好邻居节点的測量距离Clij ； 根据公式
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定所述待定位节点为坏节点之后，还包括 所述待定位节点接收各ー跳邻居节点中的加权节点分别广播的第四节点消息，确定各一跳邻居节点中的加权节点为ー跳加权节点，所述第四节点消息中包含所述加权节点的位置坐标和加权标识； 根据所述待定位节点自身的估算位置坐标和各一跳加权节点的位置坐标，分别计算所述待定位节点到各一跳加权节点之间的估算距离Iij ； 通过测量所述待定位节点到各一跳加权节点的信号强度值RSS，分别获取所述待定位节点到各一跳加权节点的測量距离Clij ； 分别将所述待定位节点到各一跳加权节点之间的估算距离Iu和对应的測量距离du进行匹配，若不匹配，则确定所述待定位节点到所述不匹配的一跳加权节点之间的测量距离Clij为參考距离，并将所述不匹配的一跳加权节点确定为參考节点； 确定三个所述參考距离和对应的參考节点，根据三个所述參考距离和三个所述參考节点的位置坐标，采用三边测量法重新确定所述待定位节点的位置坐标。
9.一种传感器网络节点的定位装置，其特征在于，设置在待定位节点中，包括 接收模块，用于接收三个信标节点分别广播的第一信标消息，各第一信标消息中包含对应信标节点的虚拟每跳距离和位置坐标； 第一获取模块，用于分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点中每ー个信标节点的虚拟跳数； 第一确定模块，用于根据所述三个信标节点的位置坐标和虚拟每跳距离、所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数，确定所述待定位节点的估算位置坐标。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括 第一接收单元，用于接收各上一跳邻居节点发送的同一信标节点的第一信标消息，所述第一信标消息中还包括所述上ー跳邻居节点到所述信标节点的虚拟跳数； 第一获取单元，用于根据公式
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括 第二获取单元、用于分别将所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数与对应信标节点的虚拟每跳距离相乗，分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点的距离； 第一确定单元，用于根据所述待定位节点到所述三个信标节点的距离和所述三个信标节点的位置坐标，采用三边测量法计算得到所述待定位节点的估算位置坐标。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述接收模块，还用于接收两跳邻居节点分别广播的第一节点消息，各所述第一节点消息中包括各对应两跳邻居节点的估算位置坐标； 所述装置还包括 第二获取模块，用于根据所述待定位节点自身的估算位置坐标、各两跳邻居节点的估算位置坐标，分别获取所述待定位节点到各两跳邻居节点的估算距离も/ ;根据公式Kj ニ「01，分别计算所述待定位节点到各两跳邻居节点的估算跳数hi/，其中，r为预设的节点传输半径； 第二确定模块，用于确定所述待定位节点到两跳邻居节点的估算跳数hi/等于两跳的所述两跳邻居节点的个数，若所述个数超过预设个数，则确定所述待定位节点自身为好节点，并添加好节点标识，否则确定所述待定位节点自身为坏节点，并添加坏节点标识。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述接收模块，还用于接收各一跳邻居节点分别广播的第二节点消息，各所述第二节点消息中包括各对应ー跳邻居节点的估算位置坐标； 所述第二获取模块，还用于根据所述待定位节点自身的估算位置坐标、各一跳邻居节点的估算位置坐标，分别获取所述待定位节点到各一跳邻居节点的估算距离；根据所述待定位节点到各一跳邻居节点的估算距离，将各一跳之内的邻居节点按序排列并分配估算距离序列号a' i，i = l，…n，n为ー跳邻居节点的个数； 所述第二获取模块，还用于通过測量所述待定位节点到各一跳邻居节点的信号强度值RSS,分别获取所述待定位节点到各一跳邻居节点的測量距离；根据所述待定位节点到各一跳邻居节点的測量距离，将各一跳邻居节点按序排列并分配測量距离序列号A，i = 1，…n，n为ー跳邻居节点的个数； 所述第二确定模块，还用于根据公式
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，若所述待定位节点为好节点； 所述接收模块，还用于接收各一跳邻居节点分别广播的第三节点消息，确定各ー跳邻居节点中的好节点为所述待定位节点的一跳好邻居节点，其中，各所述第三节点消息中包括各对应ー跳邻居节点对应的估算位置坐标和各对应ー跳邻居节点对应的节点标识，所述节点标识包括好节点标识或坏节点标识； 所述装置还包括 第三获取模块，用于根据所述待定位节点自身的估算位置坐标和各一跳好邻居节点的估算位置坐标，分别计算所述待定位节点到各一跳好邻居节点之间的估算距离Iu ;通过测量所述待定位节点到各一跳好邻居节点的信号强度值RSS，分别获取所述待定位节点到各一跳好邻居节点的測量距离扎； 第三确定模，用于根据公式
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，若所述待定位节点为坏节点； 所述接收模块，还用于接收各一跳邻居节点中的加权节点分别广播的第四节点消息，确定各ー跳邻居节点中的加权节点为ー跳加权节点，所述第四节点消息中包含所述加权节点的位置坐标和加权标识； 所述第三获取模块，还用于根据所述待定位节点自身的估算位置坐标和各一跳加权节点的位置坐标，分别计算所述待定位节点到各一跳加权节点之间的估算距离Iu ;通过测量所述待定位节点到各一跳加权节点的信号强度值RSS，分别获取所述待定位节点到各一跳加权节点的测量距离du ； 所述装置还包括 第四确定模块，用于分别将所述待定位节点到各一跳加权节点之间的估算距离Iu和对应的測量距离Clij进行匹配，若不匹配，则确定所述待定位节点到所述不匹配的一跳加权节点之间的测量距离Clij为參考距离，并将所述不匹配的一跳加权节点确定为參考节点；确定三个所述參考距离和对应的參考节点，根据三个所述參考距离和三个所述參考节点的位置坐标，采用三边测量法重新确定所述待定位节点的位置坐标。
全文摘要
本发明提供一种传感器网络节点的定位方法及装置，该方法包括待定位节点接收三个信标节点分别广播的第一信标消息，各第一信标消息中包含对应信标节点的虚拟每跳距离和位置坐标，分别获取所述待定位节点到所述三个信标节点中每个信标节点的虚拟跳数；根据所述三个信标节点的位置坐标和虚拟每跳距离、所述待定位节点到所述三个信标节点的虚拟跳数，确定所述待定位节点的估算位置坐标，降低了现有的基于最小跳数和平均每跳距离的定位方法在网络节点随机分布时存在的偏差。
文档编号H04W84/18GK102665274SQ201210116168
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者惠维 申请人:无锡儒安科技有限公司