基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传感器网络领域，尤其是一种基于非测距的水下无线传感器网络 节点定位方法及系统。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络（WSN)融合了智能传感器、微处理器以及无线通信技术，是一门 极具研究和实用价值的综合性学科。根据应用环境的不同，可分为陆地无线传感器网络和 水下无线传感器网络，随着海洋经济的快速发展以及各国政府对海洋权益的重视，水下无 线传感器网络发展迅速，逐渐成为研究重点，被广泛应用于海洋环境监控、数据采集、资源 探测、灾害防治等相关领域。
[0003] 无线传感器网络的信息感知、信息传递、控制协调等具体功能由传感器节点实现， 在大多数的实际应用中，如何快速的获取目标节点的位置信息，关系到整个网络能够正常 运行。在水资源的污染检测、军事外敌的入侵监控等具体应用中，没有位置信息的数据是没 有任何实际意义的。应用环境的特殊性加大了水下无线传感器网络节点定位的难度，首先， 无线电通信的方式不适用于水下环境，只能选择带宽小且噪声大的水声通信方式；其次，水 下传感器网络多为三维部署，很多成熟的二维定位算法不再适用；另外，信标节点相对稀疏 的部署以及节点的移动性都给节点定位造成了新的困难。
[0004] 按照是否需要测量节点之间的距离，节点定位算法可以被分为距离相关和距离无 关的定位算法。距离相关的算法利用硬件测量节点间的距离信息。这类算法定位精度较高， 但是由于需要额外的硬件设备用以测距，增加了节点的成本和功耗，另外考虑到水下温度、 障碍物以及水声信号传播模式等对水下测距的影响，距离相关的定位算法并不是水下传感 器网络节点定位的最佳选择。距离无关的定位算法通过信标节点与未知节点之间的连通性 实现未知节点的定位，典型的距离无关定位算法主要有DV-H0P算法、凸规划算法、APIT算 法以及质心算法等，这种方法对硬件没有额外要求、能耗低并且定位时间短，但是其定位精 度较低，更适合于大规模部署而对定位精度要求相对较低的水下无线传感器网络。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法及 系统，以解决现有技术中无法定位的未知节点数量多，定位时间长，以及系统能耗高的问 题。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种基于非测距的水下无线传感器网络节点定 位方法及系统，其中，基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法包括以下步骤：
[0007] 第一未知节点周围的多个信标节点形成一第一信标节点集合，所述第一信标节点 集合中的每一个信标节点均发射出一数据包；
[0008] 所述第一未知节点接收到所述第一信标节点集合中的信标节点发射出的数据包 后，所述第一未知节点对接收到的每一个信标节点的数据包的信号强度进行标记，并对接 收到每一个信标节点的信号强度从大到小进行排序；
[0009] 判断所述第一未知节点接收到数据包的信标节点的个数，若所述第一未知节点接 收到数据包的信标节点的个数小于一第一预定阈值，则所述第一未知节点为无法定位的节 点；若所述第一未知节点接收到数据包的信标节点的个数等于或大于所述第一预定阈值， 则根据一第一有效信标节点集合中每一个信标节点的信号强度，计算出所述第一有效信标 节点集合中每一个信标节点的权重，所述第一有效信标节点集合为所述第一未知节点接收 到数据包的信标节点的信号强度从大到小排列的序列中前第一预定阈值个信标节点的集 合；
[0010] 根据所述第一有效信标节点集合中每一个信标节点的权重以及每一个信标节点 的数据包中的位置坐标，计算出所述第一未知节点的位置坐标，将所述第一未知节点记为 第一新信标节点；
[0011] 第二未知节点周围的多个信标节点形成一第二信标节点集合，所述第二信标节点 集合包括所述第一新信标节点，所述第一信标节点集合中的每一个信标节点均发射出一数 据包；
[0012] 所述第二未知节点接收到所述第二信标节点集合中的信标节点发射出的数据包 后，所述第二未知节点对接收到的每一个信标节点的数据包的信号强度进行标记，并对接 收到每一个信标节点的信号强度从大到小进行排序；
[0013] 判断所述第二未知节点接收到数据包的信标节点的个数，若所述第二未知节点接 收到数据包的信标节点的个数小于一第二预定阈值，则所述第二未知节点为无法定位的节 点；若所述第二未知节点接收到数据包的信标节点的个数等于或大于所述第二预定阈值， 则根据一第二有效信标节点集合中每一个信标节点的信号强度，计算出所述第二有效信标 节点集合中每一个信标节点的权重，所述第二有效信标节点集合为所述第二未知节点接收 到数据包的信标节点的信号强度从大到小排列的序列中前第二预定阈值个信标节点的集 合；
[0014] 根据所述第二有效信标节点集合中每一个信标节点的权重以及每一个信标节点 的数据包中的位置坐标，计算出所述第二未知节点的位置坐标，将所述第二未知节点记为 第二新信标节点；
[0015] 重复上述第二新信标节点的定位方法对剩余未知节点进行定位，直到剩余未知节 点均被判定为无法定位的节点。
[0016] 优选的，在上述的基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法中，所述第二 预定阈值=所述第一预定阈值+2。
[0017] 优选的，在上述的基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法中，所述第一 预定阈值大于或者等于5。
[0018] 优选的，在上述的基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法中，所述第一 有效信标节点集合中每一个信标节点的权重的计算方法如下：
[0019] 用（s#S# ..SJ表示所述第一有效信标节点集合中每一个信标节点的信号强 度，其中，M为所述第一预定阈值；
[0020] 则计算出所述第一有效信标节点集合中第i信标节点的权重为W1:
[0021]
[0022] 优选的，在上述的基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法中，所述第一 未知节点的位置坐标的计算方法如下：
[0023] 用（Xl，yi，Zl)表示所述第一有效信标节点集合中第i个信标节点的位置坐标；
[0024] 计算出所述第一未知节点的位置坐标（x。，y。，z。）：
[0025]
(i= 1…M)，其中M为所述第一预 定阈值。
[0026] 优选的，在上述的基于非测距的水下无线传感器网络节点定位方法中，所述第二 有效信标节点集合中每一个信标节点的权重的计算方法如下：
[0027] 用（S#SySj表示所述第二有效信标节点集合中每一个信标节点的信号强度， 其中，N为所述第二预定阈值；
[0028] 则计算出所述第二有效信标节点集合中第j信标节点的权重为W]:
[0029]
[0030] 优选的，在上述的