离测量误差系数μ= 〇的理想情况 下，有式=<，即实际测量值等于理论真实值，此时不存在任何测量误差；随着距离测量误 差系数μ不断增大，距离测量误差也越来越大。
[0113] 图4中分别选取节点通信半径较小情况，即R= 25,和节点通信半径较大情况，即 R= 35,仿真观察距离测量误差系数变化对于本发明方法性能的影响。为了更加全面的说 明问题，在不同节点通信半径条件下，分别设定信标节点比例较低为5%和信标节点比例较 高为45%两种情况，充分说明在不同节点通信半径、不同信标节点比例情况下，距离测量误 差，即RSSI测量误差对于本发明方法性能的影响。由于本发明方法采用基于非测距的定位 方法，因此距离测量误差对于本发明方法的影响主要体现在以下两方面：一方面，在定位方 法初始阶段，初始信标节点需要根据RSSI大小进行排序。因此，RSSI测量误差的存在会影 响初始信标节点的排列顺序。错误的排列顺序会导致本发明方法在迭代计算过程中原本应 该被替代的信标节点被保留，而计算获得质心替代了原本不应该被替代的信标节点。该错 误会在一定程度上影响本发明方法收敛速度，增加迭代次数，但是并不影响最终定位精度； 另一方面，本发明方法在迭代过程中需要基于RSSI测量值根据公式（18)计算质心与未知 节点间的RSSI。因此，RSSI测量误差的存在会导致质心与未知节点间的RSSI计算不准确。 不正确的RSSI计算会导致质心在信标节点中的排序错误，该错误同样影响本发明方法的 收敛速度，而对于定位精度没有影响。同时，根据公式（28)和公式（29)，不正确的RSSI计 算会影响本发明方法正确的判断迭代终止，然而该错误对于定位精度影响有限。因此正如 图4所示，距离测量误差系数变化，即RSSI测量误差系数变化对于本发明方法的相对定位 误差基本没有影响，说明本发明方法具有较好的抗RSSI误差能力。
[0114] 综上所述，采用本发明涉及的基于质心迭代的节点定位方法具有以下有益效果：
[0115] (1)由未知节点与连通节点组成的三角形区域的位置关系设定迭代终止条件，在 迭代终止条件的约束下寻找可被质心替代的与未知节点之间RSSI最弱信标节点，从而缩 小未知节点的所处区域，采用多次迭代提高节点定位精度；
[0116] (2)迭代过程中采用连通信标节点的坐标及其与未知节点0间的接收信号强度 (Receivedsignalstrengthindication,简称RSSI)计算当前连通信标节点所围成区域 的质心坐标及其与未知节点间的距离，用未知节点替代与质心最远的信标节点以保证缩小 未知节点所处区域，RSSI测量误差系数变化对本发明公开的定位方法的相对误差基本没有 影响，即本发明具有较好的抗RSSI误差能力；
[0117] (3)根据未知节点是否处于连通节点组成的三角形区域内的条件设定迭代终止条 件，当未知节点位于连通信标节点所围的某三角形内时记录该三角形端点并设定使未知节 点始终位于三角形内的阈值、当未知节点在连通信标节点所围的所有三角形外时设定使迭 代质心无限接近未知节点的阈值，有利于缩小未知节点所处区域；
[0118] (4)在迭代过程中选取的与未知节点之间RSSI最弱信标节点为记录了的端点且 未知节点不在分割后的新三角形内时，将该与未知节点之间RSSI最弱信标节点从可替换 的连通信标节点集合中剔除并重新选取与未知节点之间RSSI最弱信标节点，进一步缩小 未知节点所处区域。
[0119] 通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可 借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案实质 上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品 可以存储在存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机、服务器，或者网络设备等）执行本发明的实施例或实施例的某些部分 所述的方法。
【主权项】
1. 基于质心迭代估计的节点定位方法，其特征在于，包括如下步骤： A、 获取与未知节点连通的信标节点的坐标以及信标节点与未知节点之间的RSSI; B、 由未知节点与任意三信标节点围成的三角形的位置关系确定迭代终止条件； C、 计算与未知节点连通的各信标节点所围区域的当前质心坐标以及未知节点与当前 质心之间的RSSI; D、 在满足迭代终止条件时以当前质心坐标为定位结果，在不满足迭代终止条件时以当 前质心替代与未知节点之间RSSI最弱的信标节点并返回步骤C开始下一次迭代。2. 根据权利要求1所述的基于质心迭代估计的节点定位方法，其特征在于，步骤B中确 定迭代终止条件的方法为：遍历任意三信标节点围成的三角形，当未知节点在某一三角形 内部时记录该三角形端点的坐标并由表达式：确定迭代终止条件；当未知节点在所 有三角形外部时由表达式：鳥确定迭代终止条件，其中，糸、七，分别为未知节 点与第η次、第n-1次迭代质心的距离，εi为当未知节点位于初始信标节点所围成区域内 部时设定的距离阈值，ε2为当未知节点位于初始信标节点所围成区域外部时设定的距离 阈值。3. 根据权利要求2所述的基于质心迭代估计的节点定位方法，其特征在于，由RSSI与 距离存在的一一映射关系优化迭代终止条件：当未知节点在某一三角形内部时记录该三角 形端点的坐标并由表达式：A确定迭代终止条件，当未知节点在所有三角形外部时由 表达式：?-I 确定迭代终止条件，其中，I、t分别为未知节点接收第η次、第n-1 次迭代质心的RSSI，ε/为当未知节点位于初始信标节点所围成区域内部时设定的能量阈 值，ε2'为当未知节点位于初始信标节点所围成区域外部时设定的能量阈值。4. 根据权利要求1或2或3所述的基于质心迭代估计的节点定位方法，其特征在于，步骤C中未知节点与当前质心之间的RSSI由表达式 算，其中，愚^为未知节点与当前质心之间的RSSI，Pk为未知节点与当前第k连通信标节点之 间的RSSI，N为连通信标节点数目，Μ为常参数，最佳范围为3. 24~4. 5,牝为连通信标节 点Si与连通信标节点Sj间的距离，A=-lOlog1(]Praf，Praf为与未知节点距离lm处的信号强 度。5. 根据权利要求4所述的基于质心迭代估计的节点定位方法，其特征在于，步骤D中在 不满足迭代终止条件时以当前质心替代与未知节点之间RSSI最弱的信标节点的方法为： D1、选取当前与未知节点之间RSSI最弱的信标节点， D2、在与未知节点之间RSSI最弱的信标节点是记录了端点坐标的三角形任一端点时， 利用APIT方法判定未知节点和当前迭代质心与三角形另外两端点组成的新三角形之间的 位置关系，在未知节点位于新三角形外部时去除当前与未知节点之间RSSI最弱的信标节 点并返回步骤D1，在未知节点位于任一新三角形内部时转入步骤D3， 在与未知节点之间RSSI最弱的信标节点不是记录了端点坐标的三角形任一端点时转 入步骤D3 ; D3、用当前迭代质心替代与未知节点之间RSSI最弱的信标节点。
【专利摘要】本发明公开了基于质心迭代估计的节点定位方法，属于无线传感网络的技术领域。本发明首先根据未知节点与初始连通信标节点所围成区域间的位置关系确定方法的迭代收敛条件，然后通过连通信标节点的坐标及其与未知节点间的接收信号强度RSSI计算当前连通信标节点所围成区域的质心坐标及其与未知节点间的距离，然后用计算所得质心节点替代距离未知节点最远的连通信标节点，从而缩小未知节点的所处区域，采用多次迭代达到缩小未知节点所处区域以及提高节点定位精度的目的。
【IPC分类】H04W84/18, H04W4/02
【公开号】CN105307118
【申请号】CN201510608992
【发明人】蒋锐, 杨震
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月22日