一种计算未知节点的可能位置区域的切分定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线网技术领域，特别是一种计算未知节点的可能位置区域的切分定 位方法。
【背景技术】
[0002] 无线网和传感网在机场中的应用非常普遍，这些应用对位置信息的依赖也越来越 严重，因此依托于这类网络的定位方法一直很受重视。目前，一般把无线传感器网络的节 点定位算法分为两类：一类是基于测量距离（range-based)的定位方法；另一种是非测距 (range-free)的定位方法。基于测距的定位方法虽然定位精度高，但一般需要专门的硬件 来实现对节点间的距离或角度的测量，成本较高；而非测距定位方法虽然定位精度有限，但 由于不需要额外的硬件支撑，因此成本较低。由于不同的应用对定位精度有不同的要求， 非测距定位算法能够满足很多应用系统对定位精度的要求，且其成本最低，因此这类算法 越来越受到青睐。然而，现有非测距定位算法的定位精度都很有限，比如：Bounding-Box、 DV-HOP、APIT、SOM等等，它们的定位精度都不高，这限制了这些方法在实际系统中的应用。
[0003]在 2002 年由Simic提出的Bounding-Box算法（SimicS.，andSastryS.: 'Distributedlocalizationinwirelessadhocnetworks' ，UCBerkeley,Tech. R印.，UCB/ERLM02/26，2002)属于非测距算法，通过求未知节点的直接锚点邻居的辐射 范围的交集实现了对未知节点的定位。它首先将未知节点的直接锚点邻居的辐射范围简化 为一个正方形，然后求出未知节点的所有直接锚点邻居的正方形辐射范围的重叠区域，并 将重叠区域的中心作为未知节点的位置。Bounding-Box算法只利用了未知节点的一跳锚点 邻居，其定位精度和定位覆盖率都不高，且Bounding-Box计算其未知节点可能位置区域的 简化方法使其定位精度与理论精度有较大偏差。
[0004]DV-hop算法是Niculescu于2003年提出的非测距定位算法（NiculescuD.and NathB. :'DVbasedpositioninginadhocnetworks'Telecommun.Syst., 2003, 22, (1-4)，pp. 267-280)。该算法由3个阶段组成：首先，通过邻居发现算法让每个锚节点获 得除自己以外的其他每一个锚节点距离自己的跳数，并让每个未知节点获得每一个锚节点 距离自己的跳数；其次，每个锚节点分别计算除自己以外的其他每一个锚节点到自己的平 均每跳距离，并将该信息发送给它周边的未知节点，未知节点则以距离自己的跳数最少且 最先收到消息的锚点计算所得的平均每跳距离作为各锚点到自己的平均每跳距离，并乘以 相应的跳数得到各锚点距离自己的估计距离；最后使用三边测量法确定节点的位置。该方 法的定位覆盖率得到了较大提高，但该方法所达到的定位精度也不高，应用范围有限。
[0005]APIT算法是Tian在2003年提出的非测距定位算法，并于2005年发表在ACM Trans.Embed.Comput.Syst上（HeT. ,HuangC. ,BlumB.M. ,Stankovic,J.A. ,and Abdelzaher,T.F. :'Rangefreelocalizationanditsimpactonlargescalesensor networks'，ACMTrans.EmbedComput.Syst. , 2005, 4, (4),pp. 877-906.)。该算法 首先收集未知节点所有邻居锚节点的信息，然后测试未知节点是否位于不同的三个锚节点 组成的三角形内，计算所有包含该未知节点的三角形的重叠区域，最后用该区域的质心作 为未知节点的坐标。该方法获得了较高的精度，但是其定位覆盖率有限。尤其对于那些不 在任何由三个锚点组成的三角形内的未知节点，该方法无法定位。APIT将定位区域分成很 多小网格，并对网格进行编号，通过获得出现在所有包含未知节点的三角形区域的网格编 号而得到重叠区域，该方法需要全网络标号，计算过程繁琐。
[0006]S0M算法（Giorgetti,G.，Gupta,S.K.，andManes,G. : 'Wireless localizationusingselforganizingmaps,.Inti.Conf.onInformationprocessing insensornetworks, (IPSN),Cambridge,MA,USA,Aptil, 2007))是Giorgetti在 2007年提出的非测距定位算法。该算法利用全网络的节点间的跳数关系，并通过机器学习 的方法实现了对节点的位置估计。该方法提高了定位覆盖率，且其定位精度也有大幅提升， 但依然无法满足一些需要较高定位精度的应用需求，且该方法需要集中计算，通信开销和 计算开销都较大。
[0007] 综上，BoundingBox，DV-H0P，APIT等方法定位精度都不高且定位覆盖率也不能 完全满足应用需要，S0M的定位覆盖率虽然有提高，但不能实现分布式计算，且由于需要收 集全网络节点间的跳数信息，通信量大，计算复杂。且Bounding-Box和APIT对未知节点可 能位置区域的计算方法都有不足，因此，本发明开发了计算未知节点可能位置区域的新方 法，很适合于工程应用。
[0008] 在民航领域，各种无线网的应用非常普及，许多应用需要较高精度的位置信息，但 又不必花费专门硬件去实现精确定位，这就为无须任何辅助定位设备的适用于固定或者移 动终端定位的非测距定位方法提供了广阔的应用空间。本发明正是在这样一种应用和需求 背景下提出的。
【发明内容】
[0009] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种计算未知节点的可能位 置区域的切分定位方法。该方法特别适用于无线传感器网络节点定位的工程应用，能够减 少未知节点计算其可能位置区域(缩写为PLA)的计算复杂性，且能够提高节点的定位精度。
[0010] 本发明采用的技术方案是这样的： 本发明将实际场景中部署的节点分为两类：一类是锚点，即已知自身位置坐标的节点， 比如：带有GPS的节点，标记为七;另一类是未知节点，即不知道自身位置坐标的 节点，标记为它们需要借助于某种