一种无线传感器网络中的协作定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线定位技术领域，尤其涉及无线传感器网络中的协作定位。
【背景技术】
[0002] 近几年来，对于位置信息的获取在无线系统（比如蜂窝网、无线局域网、无线传感 器网络等）中受到很大的关注。无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN)是由 一些具备感知环境参数能力的传感器节点组成的网络，并装备有无线传输设备进行无线通 信。这种无线传感器网络被广泛使用于一些环境感知应用中，诸如水质监控、室内空气质量 监控、精密农业管理等。上述的这些应用中，如果无法获取节点的具体位置信息是没有意义 的，因而无线传感器网络中节点的定位问题成为目前炙手可热的研究之一。
[0003]目前无线传感器网络中的定位主要分为非协作定位和协作定位。传统的非协作定 位中，待定位节点只通过位置信息已知的参考节点来计算自身的位置。协作定位中待定位 节点的位置估计不仅需要依靠参考节点，还可以利用其他待定位节点的位置信息。通过节 点之间的相互协作能够很好地提高定位精度，但同时会导致极大的能量消耗以及算法复杂 度问题。由于无线传感器网络是一种能量受限的网络，因而如何在无线传感器网络的协作 定位中实现定位精度与能量消耗及算法复杂度之间的权衡，是一个很有价值的研究方向。
【发明内容】
[0004] 本发明以实现定位精度与能量消耗及算法复杂度之间的权衡为目标，提供一种无 线传感器网络的协作定位方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种无线传感器网络中的协作定位方法，包 括以下步骤：
[0006] (1)在定位开始前，通过统计定位区域内随机分布的待定位节点对参考节点的 RSS值的累积概率密度分布函数，设置接收信号强度阈值，将待定位节点接收到的网络中所 有其通信范围内节点的RSS值与设置的阈值进行比较，将接收信号强度值大于阈值的节点 划分到该待定位节点的节点簇中；
[0007] (2)计算待定位节点的节点簇中任意两个节点对其位置估计的CRLB值，以某一节 点与节点簇中其他每个节点组合得到的所有该CRLB值总和的倒数作为该节点对待定位节 点位置估计的贡献值；
[0008] (3)在定位过程中，由于信道的时变特性，如果待定位节点对其节点簇中某一节点 的RSS值小于设置的阈值，且该节点的贡献值小于节点簇中其他所有节点，则在节点簇中 节点数目大于3的前提下，将该节点从簇中去除，否则保留；如果待定位节点对其节点簇外 某一节点的RSS值大于设置的阈值，且该节点的贡献值大于节点簇中贡献值最小的节点， 则将该节点划分到此节点簇中；
[0009] (4)从待定位节点的节点簇中选取贡献值较大的节点作为该待定位节点的参考节 点，利用所选取参考节点的位置信息，使用LLS算法计算其位置。
[0010] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0011] 本发明充分考虑无线传感器网络能量受限的局限性问题，通过设置接收信号强度 阈值，为待定位节点划分不同的节点簇，避免冗余节点参与定位导致网络负荷过大。所述方 法降低无线传感器网络中协作定位的能量消耗及计算复杂度，并在此基础上充分考虑定位 的精度问题，从节点簇中选取对待定位节点位置估计贡献值较大的节点作为参考节点进行 定位，从而达到定位准确性与能量消耗及算法复杂度之间较好的折中。
【附图说明】
[0012] 图1是无线传感器网络的定位场景图。
[0013] 图2是每个待定位节点的位置估计流程图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明为无线传感器网络中的每个待定位节点划分节点簇，并从中选取对定位精 度比较有利的参考节点，使用线性最小二乘（Linear Least Squares, LLS)算法计算其位 置，下面结合附图对本发明的实施方法作进一步的描述。
[0015] 在无线传感器网络中，假设该网络中有Na个位置信息已知的参考节点，其坐标位 置记为{% = 0/,y;) e歴2,〗_=1,:2, - ;//"}和（N-NJ个随机分布的待定位节点，这些待定位 节点的坐标位置未知，记关
[0016] 如附图2,在定位开始前，通过统计定位区域内随机分布的待定位节点对参考节点 的接收信号强度（Received Signal Strength，RSS)值的累积概率密度分布函数，设置接收 信号强度阈值，将待定位节点接收到的网络中所有其通信范围内节点的RSS值与设置的阈 值进行比较，将接收信号强度值大于阈值的节点划分到该待定位节点的节点簇中，具体步 骤如下：
[0017] (1)固定好Na个位置信息已知的参考节点，在定位区域内随机布置大量待定位节 点，记录待定位节点的接收信号强度值，统计接收信号强度值的累积概率密度函数，并选取 某一概率e (二维定位中至少需要3个参考节点，因而根据具体场景选取e值保证节点簇 中的节点数不小于3)处对应的信号强度值作为接收信号强度阈值。
[0018] (2)对某一个具体的待定位节点x]，接收在其通信范围内所有节点（包括参考节 点及其他待定位节点）的信号，将接收到的信号强度值与（1)中设置的阈值进行比较，若大 于该阈值，则将该节点划分到^的节点簇C ,中，否则不在此节点簇中。
[0019] 为待定位节点划分好节点簇后，计算待定位节点的节点簇中任意两个节点对其位 置估计的克拉美罗下界（Cramer-Rao Lower Bound，CRLB)，计算某一节点与节点簇中其他 每个节点组合得到的所有该CRLB值总和的倒数，将该倒数值作为该节点对待定位节点位 置估计的贡献值，选取贡献值大的节点作为该待定位节点的参考节点，并根据RSS值结合 该贡献值，动态地对节点簇中的节点进行更新。
[0020] (3)假设根据（1)中的划分方法，待定位节点Xj的节点簇C j中有M个节点，则对 Cj中任意两个节点x dP x "以及该定位节点x 有如下CRLB