专利名称：传感器网络节点定位方法
传感器网络节点定位方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络技术，尤其涉及ー种传感器网络节点定位方法。
背景技木
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由布置在监测区域内大量的微型传感器网络节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地实时监测、采集和处理网络分布区域的各种环境或监测对象的信息，并传送给需要这些信息的用户。在无线传感器网络各种应用中，传感器网络节点的位置信息是无线传感器网络的基本问题之一。无线传感器网络节点定位问题可以看作是在无线传感器网络节点的能量、无线通信、网络计算处理能力等资源普遍受限的情况下，通过一定的技术、方法和手段及时而有效获取传感器网络节点在ニ维或三维空间分布上的物理位置信息或坐标信息的过程，最終使无线传感器网络的各传感器网络节点获得位置信息，进而使各种服务质量得到改善。传感器网络节点的准确定位是无线传感器网络应用的重要条件，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器网络节点监测信息中所包含的重要信息，没有位置信息的监测消息往往毫无意义。因此，确定事件发生位置或获取信息的传感器网络节点的位置是无线传感器网络最基本的功能之一，对无线传感器网络的应用有效性起着关键的作用。如图I所示，设有全向天线的移动锚节点M在网络部署区域中按预定路径110移动，移动锚节点M在移动同时向覆盖区域内广播信标信息，该信标信息包括移动锚节点M在广播信标信息时的位置信息。当移动锚节点M进入各传感器网络节点通信区域120的时候，传感器网络节点S开始接收移动锚节点M的信标信息，建立接收信标信息列表，进而寻找移动锚节点M第一次进入该传感器网络节点S通信区域120内的第一个位置点A和离开通信区域120时最后ー个位置点B及第二次进入该传感器网络节点S通信区域120内的第一个位置点C和离开通信区域120时最后ー个位置点D的位置坐标，然后根据相关几何性质估计出该传感器网络节点S的位置坐标。在这个定位方法中，由于移动锚节点M采用全向天线进行信标信息的广播，由于其广播范围的大，使得传感器网络节点S接收到很多无用的信息，进而造成很多无谓的能量浪费，而能量问题是无线传感器网络的应用瓶颈所在。
发明内容有鉴于此，有必要提供一种高能效的传感器网络节点定位方法。一种传感器网络节点定位方法，包括以下步骤移动锚节点在网络部署区域移动并通过定向天线广播信标信息；所述定向天线覆盖的区域内的传感器网络节点接收所述信标信息；所述传感器网络节点通过所述信标信息确定自身的位置。在优选的实施方式中，移动锚节点在网络部署区域移动并通过定向天线广播信标信息的步骤包括如下步骤所述移动锚节点按有效覆盖所述网络部署区域的预定路径移动；所述移动锚节点实时获得自身位置信息；所述移动锚节点广播包含自身位置信息的信标信息。在优选的实施方式中，所述定向天线覆盖的区域内的传感器网络节点接收所述信标信息的步骤包括如下步骤所述定向天线覆盖区域内的传感器网络节点接收所述信标信息；所述传感器网络节点建立信标信息列表；判断所述传感器网络节点收集到的所述信标信息是否满足节点确定自身位置条件，如果是，停止收集信息，如果否，继续收集所述信标信息。在优选的实施方式中，所述传感器网络节点通过所述信标信息确定自身的位置的步骤包括如下步骤确定所述移动锚节点在所述定向天线覆盖区域内的最强增益方向方程；判断所述最强増益方向方程是否满足条件，
权利要求
1.一种传感器网络节点定位方法，包括以下步骤 移动锚节点在网络部署区域移动并通过定向天线广播信标信息； 所述定向天线覆盖的区域内的传感器网络节点接收所述信标信息； 所述传感器网络节点通过所述信标信息确定自身的位置。
2.根据权利要求I所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，移动锚节点在网络部署区域移动并通过定向天线广播信标信息的步骤包括如下步骤 所述移动锚节点按有效覆盖所述网络部署区域的预定路径移动； 所述移动锚节点实时获得自身位置信息； 所述移动锚节点广播包含自身位置信息的信标信息。
3.根据权利要求I所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述定向天线覆盖的区域内的传感器网络节点接收所述信标信息的步骤包括如下步骤 所述定向天线覆盖区域内的传感器网络节点接收所述信标信息； 所述传感器网络节点建立信标信息列表； 判断所述传感器网络节点收集到的所述信标信息是否满足节点确定自身位置条件，如果是，停止收集信息，如果否，继续收集所述信标信息。
4.根据权利要求I所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述传感器网络节点通过所述信标信息确定自身的位置的步骤包括如下步骤 确定所述移动锚节点在所述定向天线覆盖区域内的最强增益方向方程； 判断所述最强增益方向方程是否满足条件，ix} <x< X2\y ^ maxiy^y,) 其中，Xl，yi为所述移动锚节点在第一位置点的位置坐标，x2，y2为所述移动锚节点在第二位置点的位置坐标，x，y为所述传感器网络节点自身的位置坐标，如果否，返回所述确定所述移动锚节点在所述定向天线的覆盖区域内的最强增益方向方程的步骤； 确定所述传感器网络节点自身的位置。
5.根据权利要求4所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，确定所述移动锚节点在所述定向天线覆盖区域内最强增益方向方程的公式为 \l0-y-yi =Kix-xI) 其中，L0为第一位置点最强增益方向方程，Lc/为第二位置点最强增益方向方程，k:为所述第一位置点最强增益方向方程的斜率，k2为所述第二位置点最强增益方向方程的斜率，X1, Y1为移动锚节点在第一位置点的位置坐标,x2, y2为移动锚节点在第二位置点的位置坐标，X, y为所述传感器网络节点自身的位置坐标。
6.根据权利要求4所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，确定所述移动锚节点在所述定向天线覆盖的区域内的最强增益方向方程的公式为dgMl _ SN 2 _ ^N1N2 sin^) ^m{a6) sin(a3) 其中，<4 =水xI -xY + (y, -y)2 ,为点(X^y1)和(X，y)之间的物理距离，a 5为dSN1的对应角'dW2 =^J(x2-x)2 +(y2-y)2 ,为点(x2,y2)和(x,y)之间的物理距离，a 6为dSN2的对应角;dNiN2 =yJ(Xj -X2)2 +(yj -y2)2，为点(X^y1)和(x2,y2)之间的物理距离，a3 为 dN1N2 的对应角；Xl，yi为移动锚节点在第一位置点的位置坐标，x2，y2为移动锚节点在第二位置点的位置坐标，X, y为所述传感器网络节点自身的位置坐标。
7.根据权利要求I所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述传感器网络节点通过所述信标信息确定自身的位置的步骤包括如下步骤 确定所述移动锚节点在所述定向天线覆盖区域的边界线方程；ix} <x< X2[y> Maxiy^y2) 其中，Xl，yi为所述移动锚节点在第一位置点的位置坐标，x2，y2为所述移动锚节点在第二位置点的位置坐标，x，y为所述传感器网络节点自身的位置坐标，如果否，返回所述确定所述定向天线覆盖区域的边界线方程； 确定所述传感器网络节点自身的位置。
8.根据权利要求7所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述确定所述移动锚节点在所述定向天线的覆盖区域的边界线方程的公式为s \L2-y-yi =^2(X-X1) [Li ■■y-y2 = k3(x-x2)S [L1 :少一少;=R1(X-X1) [Li ■■y-y2 = k3(x-x2)s \L2-y-yi =^2(X-X1)[L2 ■y-y2 =k4(x-x2)S [L1 :少_少;=Jc1(X-X1)[L2 ■■y-y2 =k4(x-x2) 其中，L1为第一位置点的第一边界线方程，L2为第一位置点的第二边界线方程，L1'为第二位置点的第一边界线方程，L2'为第二位置点的第二边界线方程，S1为第一位置点第二边界线与第二位置点第一边界线的交点，S2为第一位置点第一边界线与第二位置点第一边界线的交点，S3为第一位置点第二边界线与第二位置点第二边界线的交点，S4为第一位置点第一边界线与第二位置点第二边界线的交点，Ic1为所述第一位置点第一边界线的斜率，k2为所述第一位置点第二边界线的斜率，k3为所述第二位置点第一边界线的斜率，k4为所述第二位置点第二边界线的斜率，X, y为未知数，解方程得，S1的位置坐标Xs1, Ys1, S2的位置坐标Xs2，Ys2, S3的位置坐标Xs3，Ys3, S4的位置坐标Xs4，Ys4,于是有， Xs = (Xs1+Xs2+Xs3+Xs4) / 4Ys = (YsAYsfYsJYs4)/4 其中，Xs，Ys为传感器网络节点自身的位置坐标。
9.根据权利要求I所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述定向天线覆盖区域为狭长的扇形。
10.根据权利要求2所述的传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述自身位置信息包括位置点坐标、位置点与坐标轴的夹角、所述定向天线覆盖的区域的夹角。
全文摘要
一种传感器网络节点定位方法，包括以下步骤移动锚节点在网络部署区域移动并通过定向天线广播信标信息；所述定向天线覆盖的区域内的传感器网络节点接收所述信标信息；所述传感器网络节点通过所述信标信息确定自身的位置。上述传感器网络节点定位方法采用移动锚节点定向广播信标信息，由于定向天线覆盖的面积比全向天线覆盖的面积小，所以信标信息能以高增益的方式广播到狭长的扇形区，既减少了环境噪声对信标信息的干扰，又能在不影响定位精度的情况下减少传感器网络节点接收信标信息的数量，节约无线传感器网络耗费的能量。
文档编号H04W64/00GK102685883SQ20111006601
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者于峰崎, 张宝利 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院