面向无线传感器网络定位的双移动锚节点路径规划方法与流程

文档序号:26590166发布日期:2021-09-10 20:39来源:国知局
面向无线传感器网络定位的双移动锚节点路径规划方法与流程

1.本发明涉及无线传感器网络技术领域,具体涉及一种面向无线传感器网络定位的双移动锚节点路径规划方法。


背景技术:

2.无线传感器网络广泛用于环境监测、目标跟踪、卫生健康、灾难救援等领域,其中节点定位技术是无线传感器网络的一项关键技术。
3.基于锚节点的节点定位方法由于可以获得绝对坐标,应用最为广泛。相比使用静态锚节点实现节点定位的方法,采用移动锚节点实现传感器节点定位具有成本低、精度高等优点。仅采用一个移动锚节点容易产生共线问题,导致定位精度较低;如果使用3个或更多的移动锚节点,则它们之间的协同较难且成本较高。


技术实现要素:

4.本发明为了克服以上技术的不足,提供了一种使用2个移动锚节点即可实现高精度定位、降低定位成本的双移动锚节点路径规划方法。
5.本发明克服其技术问题所采用的技术方案是:
6.一种面向无线传感器网络定位的双移动锚节点路径规划方法,包括如下步骤:
7.a)设定无线传感器的部署区域为长度l、宽度h的长方形区域,该长方形区域中锚节点和盲节点的通信范围为半径为r的圆;
8.b)对长方形的部署区域进行网格状划分,使其在纵向上等间距划分为n+1行,划分后的行从下向上编号为第0、1、2、...、n,相邻两行之间的间距为vs,在横向上等间距划分为m+1列,划分后的列从左到右依次编号为第0、1、2、...、m,相邻两列之间的间距为hs,hs≤r;
9.c)以长方形区域左下角为坐标原点(0,0),在第i行上选取候选虚拟锚节点,当i是不超过n的偶数时,候选虚拟锚节点的坐标a
i,j
=(j
×
hs,i
×
vs),其中j=0,1,2,...,m,当i是不超过n的奇数时,候选虚拟锚节点的坐标其中k=0,1,2,...,m

1;
10.d)定义list1为第1个锚节点需要遍历的虚拟锚节点序列,定义list2为第2个锚节点需要遍历的虚拟锚节点序列,初始时list1={a
0,0
},list2={b
1,0
},变量flag表示锚节点的移动方向,flag等于1时,锚节点从左向右移动,flag等于2时,锚节点从右向左移动,将变量flag赋值为1,变量i赋值为0;
11.e)如果i<n

1,则转至执行步骤f),如果i≥n

1,则转至执行步骤h);
12.f)如果flag等于2,则转至执行步骤g),如果flag等于1,则将虚拟锚节点序列{a
i,1
,a
i,2
,...,a
i,m
,b
i+1,m
‑1}加入到序列list1中,将虚拟锚节点序列{b
i+1,0
,b
i+1,1
,...,
b
i+1,m
‑2,a
i+2,m
}加入到序列list2中,将变量i加2,将flag赋值为2,转至执行步骤e);
13.g)将虚拟锚节点序列{a
i,m
‑1,a
i,m
‑2,...,a
i,0
,b
i+1,0
}加入到序列list1中,将虚拟锚节点序列{b
i+1,m
‑1,b
i+1,m
‑2,...,b
i+1,1
,a
i+2,0
}加入到序列list2中,将变量i加2,将flag赋值为1后转至执行步骤e);
14.h)如果flag等于1且i等于n,则将虚拟锚节点序列{a
n,1
,a
n,2
,...,a
n,m
}加入到序列list1中,如果flag等于2且i等于n,则将虚拟锚节点序列{a
n,m
‑1,a
n,m
‑2,...,a
n,0
}加入到序列list1中,如果flag等于1且i等于n

1,则将虚拟锚节点序列{a
n

1,1
,a
n

1,2
,...,a
n

1,m
}加入到序列list1中,如果flag等于2且i等于n

1,则将虚拟锚节点序列{a
n

1,m
‑1,a
n

1,m
‑2,...,a
n

1,0
}加入到序列list1中,将虚拟锚节点序列{b
n,m
‑1,b
n,m
‑2,...,b
n,0
}加入到序列list2中;
15.i)第1个锚节点沿list1序列所给定的虚拟锚节点顺序遍历整个部署区域,第2个锚节点沿list2序列所给定的虚拟锚节点顺序遍历整个部署区域,两个锚节点在序列中的虚拟锚节点位置广播信标信息;
16.j)所有盲节点等待接收锚节点广播的信标信息,当接收到信标信息时,盲节点计算与相应虚拟锚节点的距离,如果盲节点接收到的信标信息个数少于3个,则继续等到接收信标信息,如果接收到的信标信息大于等于3个,则转至执行步骤k);
17.k)通过公式计算得盲节点的位置,公式中n是盲节点接收到信标信息的个数,dist1、dist2、...、dist
n
是到各个虚拟锚节点的距离,x、y为需求求解的盲节点的横坐标和纵坐标,x1、x2、...、x
n
为盲节点接收到的n个虚拟锚节点的横坐标,y1、y2、...、y
n
为盲节点接收到的n个虚拟锚节点的纵坐标。
18.进一步的,步骤a)中的长方形区域内需要被定位的传感器节点为盲节点,可以获取实时位置且用于辅助盲节点定位的传感器节点为移动锚节点,锚节点在移动过程中广播信标信息的位置为虚拟锚节点。
19.本发明的有益效果是:通过使用2个移动锚节点进行节点定位,避免了使用1个移动锚节点容易出现的共线问题,提高了定位精度。相比于使用静态锚节点或3个甚至更多的移动锚节点进行节点定位,使得定位成本较低。通过对双移动锚节点的移动路径进行了合理规划,算法简单易于实现,路径长度更短,锚节点能耗更低。
附图说明
20.图1为本发明的区域划分及候选虚拟锚节点位置示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图1对本发明做进一步说明。
22.一种面向无线传感器网络定位的双移动锚节点路径规划方法,包括如下步骤:
23.a)设定无线传感器的部署区域为长度l、宽度h的长方形区域,该长方形区域中锚节点和盲节点的通信范围为半径为r的圆;
24.b)对长方形的部署区域进行网格状划分,使其在纵向上等间距划分为n+1行,划分后的行从下向上编号为第0、1、2、...、n,相邻两行之间的间距为vs,在横向上等间距划分为m+1列,划分后的列从左到右依次编号为第0、1、2、...、m,相邻两列之间的间距为hs,hs≤r;
25.c)以长方形区域左下角为坐标原点(0,0),在第i行上选取候选虚拟锚节点,当i是不超过n的偶数时,候选虚拟锚节点的坐标a
i,j
=(j
×
hs,i
×
vs),其中j=0,1,2,...,m,当i是不超过n的奇数时,候选虚拟锚节点的坐标其中k=0,1,2,...,m

1;
26.d)定义list1为第1个锚节点需要遍历的虚拟锚节点序列,定义list2为第2个锚节点需要遍历的虚拟锚节点序列,初始时list1={a
0,0
},list2={b
1,0
},变量flag表示锚节点的移动方向,flag等于1时,锚节点从左向右移动,flag等于2时,锚节点从右向左移动,将变量flag赋值为1,变量i赋值为0;
27.e)如果i<n

1,则转至执行步骤f),如果i≥n

1,则转至执行步骤h);
28.f)如果flag等于2,则转至执行步骤g),如果flag等于1,则将虚拟锚节点序列{a
i,1
,a
i,2
,...,a
i,m
,b
i+1,m
‑1}加入到序列list1中,将虚拟锚节点序列{b
i+1,0
,b
i+1,1
,...,b
i+1,m
‑2,a
i+2,m
}加入到序列list2中,将变量i加2,将flag赋值为2,转至执行步骤e);
29.g)将虚拟锚节点序列{a
i,m
‑1,a
i,m
‑2,...,a
i,0
,b
i+1,0
}加入到序列list1中,将虚拟锚节点序列{b
i+1,m
‑1,b
i+1,m
‑2,...,b
i+1,1
,a
i+2,0
}加入到序列list2中,将变量i加2,将flag赋值为1后转至执行步骤e);
30.h)如果flag等于1且i等于n,则将虚拟锚节点序列{a
n,1
,a
n,2
,...,a
n,m
}加入到序列list1中,如果flag等于2且i等于n,则将虚拟锚节点序列{a
n,m
‑1,a
n,m
‑2,...,a
n,0
}加入到序列list1中,如果flag等于1且i等于n

1,则将虚拟锚节点序列{a
n

1,1
,a
n

1,2
,...,a
n

1,m
}加入到序列list1中,如果flag等于2且i等于n

1,则将虚拟锚节点序列{a
n

1,m
‑1,a
n

1,m
‑2,...,a
n

1,0
}加入到序列list1中,将虚拟锚节点序列{b
n,m
‑1,b
n,m
‑2,...,b
n,0
}加入到序列list2中;
31.i)第1个锚节点沿list1序列所给定的虚拟锚节点顺序遍历整个部署区域,第2个锚节点沿list2序列所给定的虚拟锚节点顺序遍历整个部署区域,两个锚节点在序列中的虚拟锚节点位置广播信标信息;
32.j)所有盲节点等待接收锚节点广播的信标信息,当接收到信标信息时,盲节点计算与相应虚拟锚节点的距离,如果盲节点接收到的信标信息个数少于3个,则继续等到接收信标信息,如果接收到的信标信息大于等于3个,则转至执行步骤k);
33.k)通过公式计算得盲节点的位置,公式中n是盲节点接收到信标信息的个数,dist1、dist2、...、dist
n
是到各个虚拟锚节点的距离,x、y为需求求解的盲节点的横坐标和纵坐标,x1、x2、...、x
n
为盲节点接收到的n个虚拟锚节点的横坐标,y1、y2、...、y
n
为盲节点接收到的n个虚拟锚节点的纵坐标。
34.本发明通过使用2个移动锚节点进行节点定位,避免了使用1个移动锚节点容易出现的共线问题,提高了定位精度。相比于使用静态锚节点或3个甚至更多的移动锚节点进行节点定位,本发明的成本较低。通过对双移动锚节点的移动路径进行了合理规划,算法简单易于实现,路径长度更短,锚节点能耗更低。
35.进一步的,步骤a)中的长方形区域内需要被定位的传感器节点为盲节点,可以获取实时位置且用于辅助盲节点定位的传感器节点为移动锚节点,锚节点在移动过程中广播信标信息的位置为虚拟锚节点。
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