专利名称：无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法
技术领域：
本发明涉及无线网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法。
背景技术：
无线传感器的应用越来越广泛，研究它的人也越来越多。无线传感器网络的定位技术是其若干重要研究领域中的一个。近年来，定位技术引起了研究者的广泛兴趣，研究者们从不同角度研究该领域中的各种问题，这其中包括定位效率，定位精度，以及定位安全等热点问题。在无线传感器网络节点定位中，具有自身定位功能、获得自身位置的节点称为信 标节点，需要借助信标节点提供的位置信息作为参照从而完成定位的节点称为未知节点。在定位过程中，由于未知节点的能量有限，尽量减少未知节点的计算和通信能耗就成为了一个关键问题。然而，现有的定位方法缺乏同时兼顾未知节点的能耗，又不对信标节点的数量等因素有过多限制的定位方法。因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，使得未知节点的位置计算负担由能量充足的信标节点集中的来完成，有效节省未知节点自身的计算能耗，并且通过建立数学模型，设计出信标节点的移动路线，使信标节点在该路线上移动地收集未知节点的相关信息的效率高，从而在降低未知节点能耗的前提下稳定、高效地完成定位过程。为了解决上述技术问题，本发明提供一种无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，包括信标节点计算移动路线，计算出路线上的信标采集点的位置；信标节点按照移动路线进行移动，并在路线计算中得到的采集点上向未知节点发出定位请求；收到定位请求的未知节点对信标节点返回响应信息；信标节点通过未知节点的响应信息估测与未知节点之间的位置关系，计算定位结
果O进一步地，所述的无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，还包括以下步骤信标节点根据网络的实际尺寸和自身的通信半径，计算其移动的路线以及需要的最少采集点数量；根据信标节点移动模型的覆盖形式，信标节点计算移动路线中覆盖整个网络的最少采集点的坐标。进一步地，按照信标节点移动模型的覆盖形式求得的信标节点移动路线及采集点坐标需要满足以下条件以这些采集点坐标为圆心，信标节点的通信半径的通信范围内，矩形网络中各节点都能收到信号且信标节点采集点个数最少。进一步地，信标节点估测出的与未知节点之间的位置关系包括它们之间的相对角度，以及通过信号到达时间差计算出的相对距离，从而对未知节点的位置进行定位计算。综上，本发明提供的无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，可以降低未知节点的能量消耗，使大部分的定位计算量由能量充足的信标节点来完成；由于用于定位的相关信息采集是由移动信标节点完成的，因此相比由未知节点担任信息采集的任务提高了安全性，因为网络中唯一的信标节点的安全性的维护比网络中众多的未知节点的安全性维护更加容易保证。
图I是本发明无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法的流程示意图；图2是本发明的信标采集点之间的位置关系示意图；图3是本发明的信标节点移动路线图；图4是本发明的信标节点和未知节点的位置关系示意图；图5是使用本发明与没有使用本发明的未知节点定位误差比较的仿真结果图；图6是使用本发明与没有使用本发明的未知节点平均定位误差在不同尺寸网络下的比较仿真结果图；图7是使用本发明与没有使用本发明的未知节点定位成功率在不同尺寸网络下的比较仿真结果图；图8是使用本发明与没有使用本发明的未知节点平均定位误差在不同节点通信半径时的比较仿真结果图；图9是使用本发明与没有使用本发明的未知节点定位成功率在不同节点通信半径时比较的仿真结果图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参见图1，给出一种无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法的流程示意图，具体的包括(I)信标节点计算移动路线，计算出路线上的信标采集点的位置；(I. I)建立信标节点的信号覆盖模型；信标节点在移动路线上的采集点需要满足对无线传感器网络全覆盖，并且数量最少，从而提高定位的效率，信标节点的信号覆盖范围可以看作是以信标采集点为圆心，信标节点的传输半径为半径的圆形区域。而网络为矩形，若想使得圆形区域无缝隙地覆盖矩形网络区域，那么圆形之间必定存在互相覆盖的区域，因此，首先，我们要确定这些代表信号可达区域的圆形的重叠状态；
对于圆形信号区域在矩形网络区域中的放置，可以设想为先存在相互重叠的圆，再放置矩形网络外框的方式；发现当矩形的一些边与圆与圆相交的弦重合时最优，当所有圆的相交的面积相等时，每个圆形相互重叠时产生的弦所构成的多边形为正多边形，因此该问题又可看成是用圆内相切的正多边形去覆盖矩形面积；设矩形被正P边形划分，(p彡3)，α为正P边形的内角，所以 180 ρ-2)
----找们设q为矩形中的多边形顶点处需要覆盖的多边形的个数，则
权利要求
1.一种无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，其特征在于，包括。
信标节点计算移动路线，计算出路线上的信标采集点的位置； 信标节点按照移动路线进行移动，并在路线计算中得到的采集点上向未知节点发出定位请求； 收到定位请求的未知节点对信标节点返回响应信息； 信标节点通过未知节点的响应信息估测与未知节点之间的位置关系，计算定位结果。
2.根据权利要求I所述的无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，其特征在于，还包括以下步骤 信标节点根据网络的实际尺寸和自身的通信半径，计算其移动的路线以及需要的最少 采集点数量； 根据信标节点移动模型的覆盖形式，信标节点计算移动路线中覆盖整个网络的最少采集点的坐标。
3.根据权利要求I所述的无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，其特征在于，按照信标节点移动模型的覆盖形式求得的信标节点移动路线及采集点坐标需要满足以下条件 以这些采集点坐标为圆心，信标节点的通信半径的通信范围内，矩形网络中各节点都能收到信号且信标节点采集点个数最少。
4.根据权利要求I所述的无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，其特征在于，信标节点估测出的与未知节点之间的位置关系包括它们之间的相对角度，以及通过信号到达时间差计算出的相对距离，从而对未知节点的位置进行定位计算。
全文摘要
本发明提供了无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，涉及无线网络技术领域，具体包括信标节点计算移动路线，计算出路线上的信标采集点的位置；信标节点按照移动路线进行移动，并在路线计算中得到的采集点上向未知节点发出定位请求；收到定位请求的未知节点对信标节点返回响应信息；信标节点通过未知节点的响应信息估测与未知节点之间的位置关系，计算定位结果。本发明所要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络中基于移动信标的集中式定位方法，使得未知节点的位置计算负担由能量充足的信标节点集中的来完成，有效节省未知节点自身的计算能耗。
文档编号H04W84/18GK102740458SQ201210225599
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者何泾沙, 张婷, 李晓会 申请人:北京工业大学