基于隐形锚节点的移动节点定位方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于物联网中的定位跟踪技术领域，更具体的说，涉及一种用于物联网的 感知层中的无线传感器网络实现移动节点定位的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 物联网（Internet of things，IoT)是新一代信息技术的重要组成部分，由感知 识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层构成。基于无线传感器网络的移动节点定位 技术是感知识别层的关键技术，也是物联网应用的重要技术。在物联网的四层架构中，传感 器网络层位于感知层中，它将各种传感设备联结起来形成信息采集和控制网络。传感器的 定位机制涉及到物联网的4个层次：首先，在传感层由传感器采集各类监控信息，经过WSN 的汇聚节点或基站传输到上一层网络空间；其次，在网络层对数据进行融合（预处理），通 过网桥、网关、路由等网络设备接入核心网络；接着，在服务管理层，传输来的数据被存储在 相应服务器中，并由定位模型或算法进行定位；最后，定位结果一方面在应用层呈现给管理 员，另一方面根据应用需求，反馈给物联网底层，实现对应的控制。因此，研究如何在服务管 理层根据已知节点的通信信息建立简单、快捷、准确的定位模型是移动节点定位研究的热 点和难点。而节点的移动特性决定了移动节点定位模型的特点。因此，在设计该类定位模 型时，需要根据节点移动的特性选择合适的定位技术。
[0003] 在节点移动的环境中，随着网络结构的实时变化，节点速度的不确定性，运动状态 的不可知等因素影响，对于定位技术的要求越来越高。同时，为了增强定位技术的自适应 性，需考虑锚节点稀疏部署和障碍物较多等场景下的定位效率。现有研究中，对移动节点定 位的研究已经取得丰富的成果，已经相当数量的定位技术在公开或授权的专利文献中得以 公开。
[0004] 例如，中国专利CN 101520502Α中公开了一种对无线传感器网络移动节点的跟踪 定位方法，包括以下步骤：在一个测量定位周期中，近似保持均速直线运动的移动节点以 已知的时间间隔发送至少四次低重频脉冲信标信号，由一个主锚节点连续四次接收信标信 号，并通过自时差测量而得到三个相对于初始测量时刻的自时差关系式，利用余弦定理从 由移动节点的运动轨迹和探测波的运动矢径所构成的定位测量三角形中给出二个三角函 数方程，联解方程式，即能确定出所述移动节点和锚节点之间的相对距离和速度。进一步通 过采用信标转发技术，由二个辅助锚节点向主锚节点转发所述移动节点最后一次发送的信 标信号，实现对移动节点的非同步坐标定位。本发明无需锚节点之间的时间同步即能实现 对移动目标的跟踪定位。
[0005] 另外，中国专利CN 101931866 Α中一种无线通信技术领域的用于移动无线传感器 网络的节点定位方法，包括以下步骤：分别给无线传感器网络中的每个节点编号并设置初 始位置可信度标志值，初始位置坐标与初始速度矢量；节点以时间T为周期，周期性的广播 其定位信息，同时接收其邻居节点广播的定位信息，且通过接收到的邻居节点的信号强度 得到这两个节点间的粗估位置；对待定位节点分别进行位置枚举处理、速度更新处理和位 置可信度重估处理，得到待定位节点新的位置坐标、新的速度矢量和新的位置可信度标志 值；当前周期结束后，开始新的周期，重新对网络中的节点进行定位。本发明只需少数已知 具体位置的节点，就可在快速移动的无线传感器网络实现节点定位服务，且定位简单、准确 度高。
[0006] 此外，基于蒙特卡罗思想的节点定位技术充分利用了移动节点的特性来提高定位 精度，不需要额外硬件支持，且其定位精度不依赖于网络拓扑结构，目前被广泛应用于移 动定位。其核心思想是用一系列加权的样本来表示节点的概率分布，应用递归算法不断的 执行预测和滤波操作，通过更新样本空间来得到节点位置的概率分布。由于基于蒙特卡罗 思想的节点定位技术结构简单、收敛速度和收敛概率不受问题维数的影响以及算法自适应 性较强，适用于解决移动节点定位问题。
[0007] 令人失望的，上述的各种对移动节点的定位方法在定位过程的重复计算量非常 大，导致系统反应迟滞，在定位效率方面还待提升，同时应考虑锚节点稀疏部署和障碍物较 多等定位场景，以具有更强的自适应性和实用性。本领域技术人员仍然希望出现更多的技 术以解决上述的技术问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的提供一种基于隐形锚节点的移动节点定位方法和装置，旨在有效降 低在对移动节点的定位过程中的计算量，提高系统的反应速度。
[0009] 为此，本发明所述的基于隐形锚节点的移动节点定位方法和装置采用的技术方案 如下：
[0010] 基于隐形锚节点的移动节点定位方法，包括步骤：根据锚节点信息构建采样箱，检 测与所述锚节点对应的在所述采样箱内的边缘弧；离散所述边缘弧，生成样本集合；根据 所述样本集合中的样本计算所述移动节点在定位时刻的位置。
[0011] 优选地，所述根据锚节点信息获取采样箱的步骤包括：
[0012] 采样箱的位置（x_，y_)，（x_，ynax)为：
[0014] 其中，i = 1，2, . . .，m ; (Xi, y;)表示定位节点所接收到的锚节点坐标；h为常数，当 锚节点为一跳和二跳时分别取值为1和2 ; (x_，y_)，（x_，y_)则为采样箱的坐标。
[0015] 优选地，所述根据锚节点信息获取采样箱，检测与所述锚节点对应的在所述采样 箱内的边缘弧的步骤包括：
[0016] 获取所述锚节点的通信圆与采样箱的四条边的交点，以及通信圆之间的交点；检 测各通信圆在所述采样箱内的圆弧，判断所述交点是否位于所述采样箱内；如果是，则将在 所述采样箱同一条边上的交点之间的圆弧删除，将所有交点按照顺时针的方向取两个交点 之间的圆弧作为有效的边缘弧。
[0017] 优选地，所述离散所述边缘弧，生成样本集合的步骤包括：检测所述采样箱内有效 区域的边缘弧；按照一定的角度将所述边缘弧离散，取得的离散点坐标即为所述样本集合。
[0018] 优选地，所述离散所述边缘弧，生成样本集合的步骤之后还包括：将所述样本集合 作为初始集群，从所述初始集群中选择至少两个样本；利用所选择的样本进行线性交叉操 作来更新所述样本集合；根据更新后的样本集合计算所述移动节点在定位时刻的位置。
[0019] 优选地，所述利用所选择的样本进行线性交叉操作来更新所述样本集合的步骤包 括：
[0020] 将所述样本集合作为初始集群，从所述初始集群中随机选择两个样本计算新的样 本：
[0022] 其中（Xl，yi)，（Xj， yj)为选择的样本坐标，α为交叉因子，取值范围[0. 2,0.8]， (Xk，yk)为新的坐标。
[0023] 优选地，所述锚节点包括一跳锚节点、二跳锚节点和隐形锚节点，在所述利用所选 择的样本进行线性交叉操作来更新所述样本集合的步骤之后，还包括：检测所述隐形锚节 点，获取所述锚节点在当前时刻和上一时刻的网络通信信息；根据所述锚节点在上一时刻 和当前时刻的网络通信信息获得通信网络对于移动节点的约束条件；利用所述约束条件作 为滤波条件，对更新后的样本集合进行滤波。
[0024] 基于隐形锚节点的移动节点定位技术装置，包括：
[0025] 边缘弧获取模块，用于根据锚节点信息获取采样箱，检测与所述锚节点对应的在 所述采样箱内的边缘弧；
[0026] 样本集合生成模块，用于离散所述边缘弧，生成样本集合；
[0027] 定位模块，用于根据所述样本集合中的样本计算所述移动节点在定位时刻的位 置。
[0028] 优选地，还包括滤波模块，所述滤波模块包括：信息获取模块，用于检测所述隐形 锚节点，获取所述锚节点在当前时刻和上一时刻的网络通信信息；约束条件构建模块，用于 结合所述锚节点在上一时刻和当前时刻的网络通信信息，构建对于移动节点的约束条件； 过滤模块，用于利用所述约束条件作为滤波条件，对更新后的样本集合进行滤波。
[0029] 与现有技术相比，本发明实施例利用边缘弧生成样本集合，根据样本集合对移动 节点进行定位，在锚节点部署稀疏和障碍物较多的场景能够获得较好的定位精度，提高定 位系统的定位效率。此外，本发明实施方式还可以充分分析和挖掘未知节点当前时刻和历 史时刻的网络通信信息，获取通信网络中的隐形锚节点和更加精确约束条件辅助定位，进 一步可以提尚系统的定位精度。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明所述基于隐形锚节点的移动节点定位方法第一实施方式的流程图；
[0031] 图2是本发明所述移动节点定位方法的实施例中用正约束和传统MCB的min-max 方法结合构建采样箱示意图；
[0032] 图3a_3c是本发明所述移动节点定位方法的实施例中通过检测有效采样区域的 边缘弧获取初始样本集合示意图，其中，图3a是构建采样箱的示意图；图3b是检测有效区 域中的边缘