专利名称：一种无线传感器网络中未知节点定位方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络中传感器网络节点自身定位技术领域，具体涉及在无线传感器节点均匀分布、分布非均匀分布都适宜的一种基于栅格筛选的无线传感器网络节点自身定位方法。
背景技术：
:无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Network)是由部署在监测区域内大量廉价微型传感器节点通过无线通信的方式形成的一个多跳、自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。在传感器网络中，传感器节点只有明确了自身位置才能说明“在什么位置或区域发生了什么特定事件”，从而实现对目标的定位和追踪。因此，确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感器网络最基本的功能之一，对传感器网络应用的有效性起着关键的作用。根据传感器节点定位过程中是否需要测量节点间的距离，定位算法可以分为基于测距(Range-based)的定位算法和无需测距(Range-free)的定位算法。与基于测距的定位算法相较，无需测距的定位算法具有硬件成本低、功耗小、抗测量噪声能力强以及硬件结构简单等优势。相对较低的定位精度对多数应用已足够用(当定位误差小于WSN节点通信半径的40%时，定位误差对路由算法和目标追踪精确度的影响不会很大)。而且，无需测距的定位结果还可以为某些应用或基于测距的定位算法提供更加精确的迭代初始值。目前多数Range-free定位算法都是以节点均匀分布为前提或算法只有在均匀分布的网络中才能获得较佳的定位精度。但是，在实际应用中WSN的节点的分布往往是随机的。研究显示现实应用中在直径小于IOm的区域内分布的传感器数有可能从几个到几百个不等。而且Range-free定位算法在定位时大多采用三边定位法，然而由于锚点是通过广播传播其位置分组，因此每个节点实际上都能接收到多个锚点的位置信息。此时仅使用三边定位算法虽然具有计算量小的优点，但是同时也因为没有充分利用所有接收到的锚点信息从而阻碍了节点定位精度的提高，浪费了其余锚点广播分组的相应能量。反之，如果利用所有接收到的锚点信息进行定位则虽然可以在很大程度上提高定位精度，然而由于引入了大量锚点信息进行定位，定位的计算量就会显著增加。并且，由先前的研究结论可以看出距离估计误差随着跳数的增加而逐渐增加。因此，如果定位的过程中选用较多锚点一般会导致选用更远距离的锚点，较远的锚点会引入较多距离估计误差从而严重影响未知节点的定位精度。而且，研究表明在节点定位的过程中，定位精度在很大程度上受参与定位的锚点的空间分布影响-锚点相对于当前定位节点在空间分布上均勻度越高定位结果越精确。综上所述，我们发现锚点的数量与空间分布是节点自身定位的关键要素。如果能在定位的过程中对所涉及的锚点进行某种筛选，删除锚点中距离估计误差较大的和分布不佳的锚点，这样不但能够提高未知节点的定位精度，还能够在很大程度上降低定位过程的计算量和能耗从而延长WSN节点的生存时间。发明内容:本发明提供一种算法适应性更强，定位精度更高，计算量更小的一种无线传感器网络中未知节点定位方法，所述无线传感器网络中包括多个锚点，所述锚点为已知自身位置的节点，所述未知节点定位方法包括:估计未知节点与各锚点距离步骤:未知节点根据锚点信息估计到各锚点的距离；锚点初选步骤:删除到未知节点的跳数大于设定值Ttl的锚点；栅格分区步骤:将剩余锚点所在区域分割成若干等大的栅格单元；锚点筛选步骤:在所述栅格单元中选取一些锚点为有效锚点；未知节点定位步骤:使用所述有效锚点采用最小二乘法确定未知节点位置。在上述技术方案的基础上，所述估计未知节点与各锚点距离步骤包括，步骤一:所有锚点广播其信息分组，所述信息分组包括坐标和ID，未知节点根据接收到的锚点广播信息确定到所有锚点的跳数；步骤二:每个锚点根据其接收到的其余锚点的坐标和相距跳数计算本锚点的平均
每跳距离
权利要求
1.一种无线传感器网络中未知节点定位方法，所述无线传感器网络中包括多个锚点，所述锚点为已知自身位置的节点，其特征在于:所述未知节点定位方法包括: 估计未知节点与各锚点距离步骤:未知节点根据锚点信息估计到各锚点的距离； 锚点初选步骤:删除到未知节点的跳数大于设定值Ttl的锚点； 栅格分区步骤:将剩余锚点所在区域分割成若干等大的栅格单元； 锚点筛选步骤:在所述栅格单元中选取一些锚点为有效锚点； 未知节点定位步骤:使用所述有效锚点采用最小二乘法确定未知节点位置。
2.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中未知节点定位方法，其特征在于:所述估计未知节点与各锚点距离步骤包括， 步骤一:所有锚点广播其信息分组，所述信息分组包括坐标和ID，未知节点根据接收至IJ的锚点广播信息确定到所有锚点的跳数； 步骤二:每个锚点根据其接收到的其余锚点的坐标和相距跳数计算本锚点的平均每跳 距离:
3.如权利要求2所述的一种无线传感器网络中未知节点定位方法，其特征在于:所述锚点初选步骤包括， 未知节点在估计出到各锚点的距离之后，删除锚点集合中与未知节点跳数大于门限值T0的锚点。
4.如权利要求3所述的一种无线传感器网络中未知节点定位方法，其特征在于:所述栅格分区步骤包括以下步骤: 步骤一:设xmin、xmax> ymin> ymax为所述剩余锚点在空间分布上的最小、最大X、y坐标值，R为栅格边长，则剩余锚点在X、y轴上的分布区域分别为[xmin, XmaJ、[ymin, ymaJ ； 步骤二:计算剩余锚点在x、y轴上的分布区域相对于栅格边长R的余数，所述计算方法为，
5.如权利要求4所述的一种无线传感器网络中未知节点定位方法，其特征在于:所述锚点筛选步骤包括以下步骤，步骤一:删除冗余锚点，当所述栅格单元中存在多个所述锚点时，则选择距离未知节点跳数最小的锚点作为该栅格的有效锚点，若所述栅格单元中多个锚点的跳数相同则任意选择一锚点为有效锚点； 步骤二:确定当前未知节点的栅格单元位置，根据所有剩余锚点到当前未知节点的跳数确定每个锚点的影响范围，所述每个锚点的影响范围定义为:以锚点所在栅格为中心以该锚点到当前未知节点跳数的二倍与栅格边长R的乘积为边长的一个正方形区域，然后当前未知节点在其各锚点的影响范围的重叠区域之中随机选择一个栅格单元作为当前未知节点的栅格单元； 步骤三:生成均匀分布的有效锚点集，包括以下步骤， A)生成一边长为(2TQ+1)XR，包含8个栅格区域{R1，R2，……，R7，R8}的正方形栅格模板，分别统计各栅格区域中的锚点数量，获得其最小值RSmin ;如果RSminX 8 > T1，则从每个区域中选择跳数较小的RSmin个锚点，若不满足则转入步骤B)，其中T1为锚点集中选出的最少锚点数； B)分别统计栅格区域集合Setl: {Rl，R3，R5，R7}和Set2: {R2，R4，R6，R8}中各栅格区域锚点数的最小值，分别设为R4_lminl，R4_lmin2，其中Rl至R8分别为第一至第八栅格区域；在R4_lminl彡R4_lmin2情况下，若R4_lmin2X4彡T1，则在集合Set2的各栅格区域中分别选出跳数较小的R4_lmin2个锚点，否则若R4_lminlX4 ^ T1则在集合Setl的各区域中分别选出跳数较小的R4_lminl个锚点；同理在R4_lmin2 > R4_lminl的情况下，若R4_lminlX4彡T1则在集合Setl中各区域中分别选出R4_lminl个锚点，否则若R4_lmin2X4彡T1则在集合Set2的各区域中分别选出跳数较小的R4_lmin2个锚点，如都不满足则转入步骤C)； C)重新划分集合为Set3: {Rl，R2，R5，R6}和Set4: {R3，R4，R7，R8}，中各栅格区域锚点数的最小值，分别设为R4_lminl，R4_lmin2，其中Rl至R8分别为第一至第八栅格区域；在R4_lminl彡R4_lmin2情况下，若R4_lmin2X4彡T1，则在集合Set2的各栅格区域中分别选出跳数较小的R4_lmin2个锚点， 否则若R4_lminlX4彡T1则在集合Setl的各区域中分别选出跳数较小的R4_lminl个锚点；同理在R4_lmin2 > R4_lminl的情况下，若R4_lminlX4彡T1则在集合Setl中各区域中分别选出R4_lminl个锚点，否则若R4_lmin2X4彡T1则在集合Set2的各区域中分别选出跳数较小的R4_lmin2个锚点，如都不满足则转入步骤D)； D)从所述锚点集中选择T2个跳数较小的锚点； 所述选择出的有效锚点即构成均匀分布的锚点集。
6.如权利要求5所述的一种无线传感器网络中未知节点定位方法，其特征在于:所述!^大于等于8小于3/51\。
7.如权利要求5所述的一种无线传感器网络中未知节点定位方法，其特征在于:所述未知节点定位步骤包括: 根据筛选出的有效锚点集合和未知节点估计与各锚点距离步骤获得的未知节点到锚点的距离值，使用LLS方法确定未知节点的位置。
全文摘要
一种无线传感器网络中未知节点定位方法，所述无线传感器网络中包括多个锚点，所述锚点为已知自身位置的节点，其包括估计未知节点与各锚点距离步骤未知节点根据锚点信息估计到各锚点的距离；锚点初选步骤删除到未知节点的跳数大于设定值T0的锚点；栅格分区步骤将剩余锚点所在区域分割成若干等大的栅格单元；锚点筛选步骤在所述栅格单元中选取一些锚点为有效锚点；未知节点定位步骤使用所述有效锚点采用最小二乘法确定未知节点位置。
文档编号H04W64/00GK103167607SQ20131008305
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者黄鹏宇, 刘勤, 刘伟, 杨春刚, 武福平, 李钊, 李建东 申请人:西安电子科技大学