专利名称：一种基于非测距的无线传感网三维节点定位方法
技术领域：
本发明涉及无线通信网络技术领域，具体涉及ー种三维无线传感器网络的节点定位方法。
背景技术：
无线传感器网络大量节点撒落在三维区域内，少量节点为配置有GPS定位模块， 撒落后可通过GPS定位，这些已知位置的节点叫锚节点，其余的节点没有GPS定位模块，撒落后的位置未知，称为未知节点。无线传感器网络中各节点之间在一定距离内能互相通信。在无线传感网组网过程中，网络节点多为随机部署，大多数节点位置都是未知的。 然而，只有已知空间位置的感知数据才有意义。例如，进行海洋环境监测时，会在海平面下不同深度放置节点进行水温、盐度及生物活动探測，或者一个悬浮在空中的大气污染监测网络，这些节点获取的信息只有跟空间位置对应才能具有实用价值。并且已知节点位置信息能产生高效的路由协议。但是，受传感器节点硬件条件和各种因素的制约，无线传感网定位技术仍然是ー个技术难点。目前，已经有多种多样的定位方法被提出来，例如DV-hop算法、质心算法和APIT算法等等。但这些定位方法大多数都是针对ニ维平面应用而设计的， 三维空间的网络节点定位方法为数不多。部署在三维空间的无线传感网相比于ニ维空间中的无线传感网具有更丰富的位置信息，且网络规模和分布密度也都有所増加，更加符合实际节点分布的情況。若对三维空间的网络节点使用ニ维平面定位方法会导致很大的误差。而现有三维定位方法中，有的是由ニ维的定位方法在三维空间上的衍生得出的，也有的提出了新的定位方法，这些定位方法产生的误差较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，它能减小未知节点的定位误差，且通信开销增加较小。本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括下列步骤 步骤A，确定网络中所有节点到每个锚节点的跳数每个锚节点向周围邻居节点广播
初始值为1且带有该锚节点标识的信息，邻居节点依次对此信息值加1井向外扩散，直到每个节点都收到网络中所有锚节点广播的信息值，并只保存每个锚节点对应的最小值，这个数值就是网络中某个节点到每个锚节点的跳数；
步骤B，获得每ー个未知节点到所有锚节点的距离任意两锚节点之间的距离除以其对应的跳数获得该两锚节点间平均每ー跳的距离，称为锚节点的平均跳距；根据锚节点的平均跳距得到未知节点的平均跳距，再由未知节点的平均跳距乘以该未知节点到所述锚节点的跳数得到该未知节点到这ー锚节点的距离；
步骤C，得到每ー个未知节点的位置坐标构建四面体对未知节点进行位置坐标估算， 利用锚节点的位置估算偏差值，采用加权质心算法进行修正，得到未知节点的较精确坐标。
所述步骤A中，网络中所有节点到每个锚节点的跳数是采用DV-hop算法中获得距离矢量跳数的方法确定的。所述步骤B中，锚节点的平均跳距是采用DV-hop算法中获得平均跳距的方法确定的。所述步骤B中，修正未知节点到锚节点距离的方式为
权利要求
1.一种基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，其特征在干，包括下列步骤 步骤A，确定网络中所有节点到每个锚节点的跳数每个锚节点向周围邻居节点广播初始值为1且带有该锚节点标识的信息，邻居节点依次对此信息值加1井向外扩散，直到每个节点都收到网络中所有锚节点广播的信息值，并只保存每个锚节点对应的最小值，这个数值就是网络中某个节点到每个锚节点的跳数；步骤B，获得每ー个未知节点到所有锚节点的距离任意两锚节点之间的距离除以其对应的跳数获得该两锚节点间平均每ー跳的距离，称为锚节点的平均跳距；根据锚节点的平均跳距得到未知节点的平均跳距，再由未知节点的平均跳距乘以该未知节点到所述锚节点的跳数得到该未知节点到这ー锚节点的距离；步骤C，得到每ー个未知节点的位置坐标构建四面体对未知节点进行位置坐标估算， 利用锚节点的位置估算偏差值，采用加权质心算法进行修正，得到未知节点的较精确坐标。
2.根据权利要求1所述的基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，其特征在于 所述步骤A中，网络中所有节点到每个锚节点的跳数是采用DV-hop算法中获得距离矢量跳数的方法确定的。
3.根据权利要求1所述的基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，其特征在干， 所述步骤B中，锚节点的平均跳距是采用DV-hop算法中获得平均跳距的方法确定的。
4.根据权利要求3所述的基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，其特征在干， 所述步骤B中，修正未知节点到锚节点距离的方式为
5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，其特征在干，所述步骤C中，所述构建四面体对未知节点进行位置坐标估算包括以下步骤 步骤Cl，从未知节点所能接收到的锚节点中任选四个锚节点； 步骤C2，判断所述四个锚节点中是否在ー个平面，若在同一个平面则放弃此次的选择，返回步骤Cl进行重新选择；若不在同一个平面则接着向下进行；步骤C3，判断所述四个锚节点是否超出所设定的跳数阈值，若超出则返回步骤Cl进行重新选择，否则接着向下进行；步骤C4，判断未知节点是否在选定的四个锚节点組成的四面体内部，若不在则返回步骤Cl进行锚节点的重新选择，若在则接着向下进行；步骤C5，对未知节点的位置坐标进行估算。
6.根据权利要求5所述的基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，其特征在干， 所述步骤C中，所述锚节点的位置估算偏差值是通过使用未知节点的位置坐标估算值和其他另外三个锚节点，构建四面体对该锚节点进行位置坐标估算，得到锚节点的位置坐标估算值，再与锚节点的实际位置坐标之差获得的。
7.根据权利要求6所述的基于非测距的无线传感网三维节点定位方法，其特征在干， 所述步骤C中，所述加权质心算法的算式为
全文摘要
本发明涉及一种三维无线传感器网络的节点定位方法。它包括确定网络中所有节点到每个锚节点的跳数的步骤，获得每一个未知节点到所有锚节点的距离的步骤以及获得每一个未知节点的位置坐标的步骤。本发明通过四面体质心对未知节点的位置坐标进行估算，又加入了锚节点的位置估算偏差值，大大提高了定位精度；且本发明没有改变信息交换方式或增加节点之间交换信息，只是在最后位置坐标修正阶段增加了一个位置信息量，所以通信开销增加较小。
文档编号H04W48/10GK102547918SQ201210001558
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者江禹生, 管芳 申请人:重庆大学