专利名称：一种移动传感器节点定位的方法、系统及移动传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于网络技术领域，尤其涉及一种移动传感器节点定位的方法、系 统及移动传感器。
背景技术：
目前，移动传感器网络被广泛地应用于许多领域，如数字医疗，海底监观'J、 动物/病人跟踪、河水流量发现和映射等等。在这些应用中，传感器节点都需要 自由移动，并且移动传感器节点需要了解自身所在的位置，找出自身的物理坐 标，即需要实现移动传感器节点的定位。
一个最简单、直接的定位方法是利用全球定位系统(Global Positioning System , GPS )等可自我定位的设备获取每个节点的绝对位置。使用这种方法 进行定位时，需要在每个传感器节点上安装自我定位设备，这就造成了成本较 高的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种移动传感器网络中移动传感器节点定位 的方法，旨在解决移动传感器网络中移动传感器节点需要定位时需要全部使用 自我定位设备，从而导致移动传感器节点定位成本较高的问题。
本发明实施例是这样实现的， 一种移动传感器网络中移动传感器节点定位 的方法，所述移动传感器网络中的一部分移动传感器节点安装有自我定位设备， 所述方法包括以下步骤
接收及发送广播消息；
根据所述广播消息的传播范围及移动传感器节点的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束；
根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位i殳备的移动传感器节点的位 置信息，估算移动传感器节点的位置。
本发明的另 一 目的在于提供一种移动传感器网络中移动传感器节点定位的 系统，所述移动传感器网络中的一部分移动传感器节点安装有自我定位设备， 所述系统包括
广播消息收发单元，用于接收及发送广播消息；
相对距离约束生成单元，用于根据所述广播消息的传播范围及移动传感器 节点的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束；以及
位置估算单元，用于根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设备的 移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。
本发明的另一目的在于提供一种移动传感器，所述移动传感器包括移动传 感器节点定位的系统，所述系统包括
广播消息收发单元，用于接收及发送广播消息；
相对距离约束生成单元，用于根据所述广播消息的传播范围及移动传感器 节点的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束；以及
位置估算单元，用于根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设备的 移动侍感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。
在本发明的实施例中，通过移动传感器发送广播消息，并接收其它传感器 节点发出的广播消息，再根据所述广播消息的传播范围及移动传感器节点的移 动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束，最后根据所述相对距离约 束及所述部分移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。这样， 不仅可以对移动传感器节点进行定位，而且不需要在移动传感器网络中的所有 移动传感器节点上安装自我定位设备。
图1是本发明实施例提供的移动传感器节点的定位方法的实施流程图； 图2是本发明实施例提供的使用矩形框来模拟移动传感器节点的环行区域 的交集的示意图3是本发明实施例提供的移动传感器节点的定位系统的结构示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的实施例中，通过移动传感器发送广播消息，并接收其它传感器 节点发出的广播消息，再根据所述广播消息的传播范围及移动传感器节点的移 动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束，最后根据所述相对距离约 束及所述部分移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。这样， 不仅可以对移动传感器节点进行定位，而且不需要在移动传感器网络中的所有 移动传感器节点上安装自我定位设备。
图1示出了本发明实施例提供的移动传感器节点的定位方法的实施流程， 详述如下
在步骤S101中，确定移动传感器网络中部分移动传感器节点的位置。
作为本发明的实施例，选择性地在N个移动传感器节点上安装自我定位设 备，例如GPS,于是，这N个移动传感器就可以利用自我定位设备得到自身的 绝对位置。其中，N可根据需要进行设定。
在步骤S102中，每个传感器节点向外发送广播消息，并接收其它传感器节 点发出的广播消息。
在步骤S103中，根据广播消息的传输范围及传感器节点的移动速度，生成 传感器节点之间的相对距离约束。
由于传感器节点发送的广播消息有一定的广插传播范围R，当一个传感器
节点A接收到另一传感器节点B的广播消息时，则说明传感器节点A在传感 器节点B的广播传播范围内，即传感器节点A与传感器节点B的距离不大于R。 假设传感器节点A的位置坐标为(Xl， Yl )，传感器节点B的位置坐标为(X2, Y2)，则这两个节点的位置关系满足(K (Xl-X2) 2+ (Yl-Y2) 2<R2。这样， 根据广播的传播范围便生成了传感器节点A与传感器节点B之间的一个相对距 离约束。同样，若传感器节点A还接收到其它传感器节点，例如传感器节点C, 传感器节点E广播的位置信息，则传感器节点A的位置坐标(XI, Yl)与传 感器节点C的位置坐标(X3， Y3)之间满足关系(K (Xl-X3) 2+ (Yl-Y3) 2 <R2，传感器节点A的位置坐标(Xl， Yl)与传感器节点E的位置坐标(X5, Y5)之间满足关系(K (Xl-X5) 2+ (Yl-Y5) 2《R2。这样，可以得到传感器 节点A与其它传感器节点之间的多个相对距离约束。类似地，每个移动传感器 节点都可生成该节点与其他移动传感器节点之间的相对距离约束。
移动传感器节点均有一定的移动速度，根据移动传感器节点的移动速度可 生成各移动传感器节点之间的相对距离约束。不妨将时间分解成多个离散的时 间片段，由于移动传感器节点可以任意移动，因此，在每个时间片都需要进行 重新定位。
如果在上一个时间片上，移动传感器节点A接收到移动传感器节点B发出 的广播消息时，则在上一个时间片上，移动传感器节点A在B的广播范围内； 但在当前时间片上，这两个传感器节点的的距离将大于R-2Vm^，而小于R，也 就是说，传感器节点B正移向传感器节点A传输距离的边界。
如果在上一个时间片上的相对约束，a< (Xl-X2) 2+ (Yl-Y2) 2《b，那 么在当前时间片上，A与B的新的相对距离约束(max(O， V^-Vmax} )2《(X1-X2) 2+ (Yl-Y2) 2《(j+ Vmax ) 2。这样，根据移动传感器节点的移动速度可生 成移动传感器节点A与移动传感器节点B之间的相对距离约束。类似地，其它 移动传感器节点也可生成该节点与其他移动传感器节点之间的相对距离约束。
在步骤S104中，根据相对距离约束估算移动传感器节点的位置。
由于已经有N个移动传感器节点的位置已知，将这些移动传感器节点的位 置与相对距离约束相结合，确定出其它移动传感器的位置范围，从而最终确定 出移动传感器的位置。
根据两个移动传感器节点之间的相对位置约束，若其中一个移动传感器节 点的位置是已知的，而另一个移动传感器的位置未知，利用图形来表示相对距 离约束，则相对距离约束为一个环行区域，即这个位置未知的移动传感器节点 的位置就会被限制在有一个环行区域内，相似地，位置未知的移动传感器节点 可能还和其他的移动传感器节点之间有相对距离约束，这个位置未知的移动传 感器节点的位置就被限制在所有的环行区域构成的公共部分之内，即所有的环 行区域的交集内。这样，就可以在该环行区域的交集内中选取一点作为这个移 动传感器节点的位置。
为了获得更高的精确度，作为本发明的一个实施例，可以使用一个简单图 形来模拟该环行区域的交集，并选用该简单图形的中心作为移动传感器节点的 位置，结合图2，在图2中使用了一个矩形框来模拟移动传感器节点的环行区 域的交集。由于根据相对距离约束可得到该环行区域的交集的曲线表达式，根 据该曲线表达式就可计算该矩形框的中心，将该中心作为该移动传感器节点的 位置。
作为本发明的另 一实施例，可以将环行区域的交集部分分割成许多小区域， 先分别计算每个小区域的中心，然后，将所有区域的中心组合成一个平均权重 中心，最后，就用这个平均权重中心作为移动传感器节点的位置。
具体方法如下将环行区域的交集部分割成P列，对于每一列均使用矩形 来模拟，对于某个特定的列，可能有多于一个的矩形形状(或片段)，在此， 可采用以下方式来计算交集部分的可能片段任一矩形片段的横坐标可表示为 X (i) =Xmin+ (X,- Xmin) *(2*i+l)/(2P)。对于任意一个约束"(Xl-Ci) 2+ (Yl-di) 2《bi，其对应在Y轴上的两个端点为di± 0- A)2 ,及 di±》,-(x- c,)2 。将所有约束所对应的Y轴端点进行升序排列，将每两个相邻
的端点作为一个片段，在所有的片段中，选出其中点满足所有的约束条件的片
段[",《],最后根据以下算法 X=if (環(-"))/邋
Y:邋((《+"X《陽"))/2邋(《-")，计算出权重中心的位置(X， Y),
将该权重中心的位置坐标作为移动传感器节点的位置。其中，该权重中心的位 置坐标的精确度与p值有关，p值越大，精确度越高。
这样，就近似地估算了该移动传感器节点的位置。类似地，就可以估算出 其他移动传感器节点的位置。
图3示出了本发明实施例提供的移动传感器节点的定位系统的结构，该系 统可以是内置于移动传感器内的软件单元、硬件单元或者软硬件结合的单元。
广播消息收发单元31发送广播消息，并接收其它传感器节点发出的广播消 息，相对距离约束生成单元32则根据该广播消息的传播范围及移动传感器节点 的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束，位置估算单元33根据 该相对距离约束及该部分移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的 位置。其中，位置估算单元33又包括位置范围确定模块331及位置确定模块 332。位置范围确定模块331根据相对距离约束及部分移动传感器节点的位置信 息确定移动传感器节点的位置范围，位置确定模块332在位置范围内选取合适 的 一点的坐标作为移动传感器节点的位置。
在本发明的实施例中，通过移动传感器发送广播消息，并接收其它传感器 节点发出的广播消息，再根据所述广播消息的传播范围及移动传感器节点的移 动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束，最后4艮据所述相对距离约 束及所述部分移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。这样， 不仅可以对移动传感器节点进行定位，而且不需要在移动传感器网络中的所有 移动传感器节点上安装自我定位设备。
以上所述^f义为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的孑呆护范围之内。
权利要求
1、一种移动传感器网络中移动传感器节点定位的方法，所述移动传感器网络中的一部分移动传感器节点安装有自我定位设备，其特征在于，所述方法包括以下步骤:接收及发送广播消息；根据所述广播消息的传播范围及移动传感器节点的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束；根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设备的移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述根据所述相对距离约束及 所述安装有自我定位设备的移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点 的位置的步骤具体为根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位i殳备的移动传感器节点的位 置信息确定移动传感器节点的位置范围；在位置范围内选取一点作为移动传感器节点的位置。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在位置范围内选取一点作 为移动传感器节点的位置的步骤具体为使用 一个矩形框来模拟所述位置范围所对应的图形，并选取所述矩形框的 中心作为移动传感器节点的位置。
4、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在位置范围内选取一点作 为移动传感器节点的位置的步骤具体为将所述位置范围所对应的图形分割成多个小区域； 分别计算每个小区域的中心；根据各区域的中心计算平均权重中心，并将所述平均权重中心作为移动传 感器节点的位置。
5、 一种移动传感器网络中移动传感器节点定位的系统，所述移动传感器网 络中的一部分移动传感器节点安装有自我定位设备，其特征在于，所述系统包 括广播消息收发单元，用于接收及发送广播消息；相对距离约束生成单元，用于根据所述广播消息的传播范围及移动传感器 节点的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束；以及位置估算单元，用于根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设备的 移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。
6、 如权利要求5所述的移动传感器网络中移动传感器节点定位的系统，其 特征在于，所述位置估算单元包括位置范围确定模块，用于根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设 备的移动传感器节点的位置信息确定移动传感器节点的位置范围；以及位置确定模块，用于在位置范围内选取一点作为移动传感器节点的位置。
7、 一种移动传感器，其特征在于，所述移动传感器包括移动传感器节点定 位的系统，所述系统包括广播消息收发单元，用于接收及发送广播消息；相对距离约束生成单元，用于根据所述广播消息的传播范围及移动传感器 节点的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束；以及位置估算单元，用于根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设备的 移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。
8、 如权利要求7所述的移动传感器，其特征在于，所述位置估算单元包括 位置范围确定模块，用于根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设备的移动传感器节点的位置信息确定移动传感器节点的位置范围；以及位置确定模块，用于在位置范围内选取一点作为移动传感器节点的位置。
全文摘要
本发明适用于网络技术领域，提供了一种移动传感器网络中移动传感器节点定位的方法、系统及移动传感器，所述移动传感器网络中的一部分移动传感器节点安装有自我定位设备，所述方法包括以下步骤接收及发送广播消息；根据所述广播消息的传播范围及移动传感器节点的移动速度，生成移动传感器节点之间的相对距离约束；根据所述相对距离约束及所述安装有自我定位设备的移动传感器节点的位置信息，估算移动传感器节点的位置。这样，不仅可以对移动传感器节点进行定位，而且不需要在移动传感器网络中的所有移动传感器节点上安装自我定位设备。
文档编号G01S5/02GK101377543SQ200710076829
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月30日 优先权日2007年8月30日
发明者欣 张, 黔 张 申请人:深圳市新元素医疗技术开发有限公司