一种无线传感器网络节点定位方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线传感器网络定位方法，所述方法包括：A：在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标，并将初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解；B：将初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值；C：根据旧解生成一个新解，并生成新解对应的新目标函数值；D：比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值；E：判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则返回C；如果否，则结束循环，并将D中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。
【专利说明】一种无线传感器网络节点定位方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种无线传感器网络节点定位方法及装置。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络(WSN)是用来监测网络部署区域中各种环境的特性，比如温度、湿度、光照、化学物质浓度等，主要应用于军事侦察、交通路况监测以及在医疗中对病人的跟踪等场景，其中多数监测信息需要附带相应的节点位置信息。了解无线传感器网络节点的位置分布状况不仅起到对目标的定位和跟踪作用，还可以提高路由效率，提供网络的覆盖质量、实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置。所以，实现节点精准定位成为WSN的关键技术之一。
[0003]目前无线传感器网络的节点定位方法有两种，一种是基于测距的定位方法，另一种是基于非测距的节点定位方法。所谓基于测距的定位方法需要传感器节点能够测量节点之间的具体距离或角度信息，此种方法需要附加的硬件。所谓非测距节点定位法是指不直接对节点之间的距离进行测量，而是通过最短距离法获得锚节点之间的最小跳数，根据锚节点之间的距离和跳数获得每跳距离，然后再通过最短距离法获得锚节点和未知节点之间的跳数，根据上述每跳距离和锚节点与未知节点之间的跳数得知锚节点与未知节点之间的距离，最后利用未知节点到3个或3个以上锚节点之间的距离获取未知节点的坐标信息。其中，所述锚节点是指可以自主获取自身位置的节点；所述未知节点是指预先不知道自身位置、需要根据锚节点的位置信息得到估计位置信息的节点；所述跳数是指两节点之间的跳段总数；所述每跳距离是指邻居节点之间的距离。这种非测距节点的定位方法与基于测距的定位方法比较而言，不需要节点有附加的硬件来测量距离或角度信息，大大降低成本，而且受环境因素影响较小，非常适用于大型的无线传感器网络。
[0004]由于目前的基于非测距节点定位方法是通过最短距离法确定经过未知节点和锚节点之间的最短路径上的所有点，然后根据这些点之间的距离来定位锚节点和未知节点之间的距离，所以这种定位方法依赖于区域内节点的密集程度，区域内节点越稀疏，对节点的定位越不准确，尤其是在覆盖空洞存在的情况下，未知节点与锚节点之间的最短距离与实际距离往往相差较大，因而获得的未知节点的位置信息也往往误差较大，从而导致未知节点位置信息估计不准确，降低了无线传感器网络定位的精度。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种无线传感器网络节点定位方法及装置，提高无线传感器网路的定位精度。
[0006]本发明实施例提供一种无线传感器网络节点定位方法，所述方法包括:
[0007]步骤A:在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标，将所述所有未知节点的初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解；
[0008]步骤B:将所述初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值；[0009]步骤C:根据所述旧解生成一个新解，并根据目标函数生成所述新解对应的新目标函数值；
[0010]步骤D:比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将所述新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值；
[0011]步骤E:判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则返回步骤C ;如果否，则结束循环，并将步骤D中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定所述区域内未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。
[0012]优选的，所述第一预设条件具体为:
[0013]累积到本次的循环次数小于预设第一最大循环次数；或，
[0014]所述步骤C生成的新目标函数值大于预设第一最小目标函数值。
[0015]优选的，所述区域共有η个节点,其中m个锚节点,n-m个未知节点,所述目标函数由CF表示，
【权利要求】
1.一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤A:在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标，将所述所有未知节点的初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解； 步骤B:将所述初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值； 步骤C:根据所述旧解生成一个新解，并根据目标函数生成所述新解对应的新目标函数值； 步骤D:比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将所述新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值； 步骤E:判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则返回步骤C ;如果否，则结束循环，并将步骤D中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定所述区域内未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设条件具体为: 累积到本次的循环次数小于预设第一最大循环次数；或， 所述步骤C生成的新目标函数值大于预设第一最小目标函数值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述区域共有η个节点，其中m个锚节点，n-m个未知节点,所述目标函数由CF表示，
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述邻居节点i和j之间的接近度具体由NDRij或NDh表示，
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述旧解生成一个新解具体为:
6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 判断本轮生成的当前局部最优解对应的目标函数值是否小于上一轮确定的局部最优解对应的目标函数值，如果是，则将当前局部最优解作为本轮确定的局部最优解；如果否，则将上一轮确定的局部最优解作为本轮确定的局部最优解； 判断本轮循环是否符合第二预设条件，如果是，则返回步骤A ;如果否，则结束循环，并根据最后确定的局部最优解获得各个未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位； 其中，所述第二预设条件具体为: 累积到本轮的循环次数小于预设第二最大循环次数；或， 所述本轮确定的局部最优解对应的目标函数值大于预设的第二最小目标函数值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤E之后，所述方法还包括: 判断是否有根据估计坐标获得的邻居关系和根据节点之间通信获得的真实邻居关系完全相同的未知节点，如果有，则将所有符合上述条件的未知节点升级为锚节点，并将根据所述当前局部最优解确定的对应的未知节点的估计坐标作为升级后对应锚节点的实际坐标，然后更新所述区域内的未知节点和锚节点，返回步骤A ;如果没有，则执行步骤判断本轮生成的当前局部最优解对应的目标函数值是否小于上一轮确定的局部最优解对应的目标函数值； 和/或，` 在所述步骤A之前，所述方法还包括:测试无线传感器网络是否连通，如果是，则进行步骤A ;如果否，则发送网络无法连通警告。
8.一种无线传感器网络定位装置，其特征在于，所述装置包括:随机坐标生成单元、初始解形成单元、旧目标函数值生成单元、新解生成单元、新目标函数值生成单元、第一比较单元、第一判断单元和未知节点坐标确定单元，其中， 所述随机坐标生成单元，用于在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标； 所述初始解形成单元，用于将所述所有未知节点的初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解； 所述旧目标函数值生成单元，用于将所述初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值； 所述新解生成单元，用于根据所述旧解生成一个新解； 所述新目标函数值生成单元，用于根据目标函数生成所述新解对应的新目标函数值；所述第一比较单元，用于比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将所述新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值； 所述第一判断单元，用于判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则激活新解生成单元；如果否，则激活未知节点坐标确定单元，并结束循环； 所述未知节点坐标确定单元，用于将第一比较单元中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定所述区域内未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:第二判断单元和第三判断单元，其中， 所述第二判断单元，用于判断本轮生成的当前局部最优解对应的目标函数值是否小于上一轮确定的局部最优解对应的目标函数值，如果是，则将当前局部最优解作为本轮确定的局部最优解；如果否，则将所述上一轮确定的局部最优解作为本轮确定的局部最优解；所述第三判断单元，用于判断本轮循环是否符合第二预设条件，如果是，则激活所述随机坐标生成单元；如果否，则结束循环，并根据最后确定的局部最优解获得各个未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:第四判断单元、升级单元和更新单元，其中， 所述第四判断单元，用于在所述未知节点坐标确定单元确定所述区域内未知节点的坐标后，判断是否有根据估计坐标获得的邻居关系和根据节点之间通信获得的真实邻居关系完全相同的未知节点，如果有，则激活升级单元；如果没有，则激活第二判断单元； 所述升级单元，用于将所有符合上述条件的未知节点升级为锚节点，并将根据所述当前局部最优解确定的对应的未知节点的估计坐标作为升级后对应锚节点的实际坐标，然后激活更新单元； 所述更新单元，用于更新所述区域内的未知节点和锚节点，然后激活随机坐标生成单J Li ο`
【文档编号】H04W84/18GK103517411SQ201310375549
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】闻英友, 陈锡民, 赵大哲, 孟颖辉, 陈剑 申请人:东北大学