面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法
【专利摘要】本发明的面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，包括：a)部署移动锚节点；b)在希尔伯特曲线的拐点处广播信标信息；c)信标信息的接收；d)信标信息的选取；e)建立目标函数；f)建立搜索空间；g)产生位置与飞行速度分别为、的个粒子；h)求取个体最佳位置；i)求取全局最佳位置；j)全局最佳位置的判断；k)求取新的、；l)获取估算位置。本发明的定位方法，不仅实现了对无线传感器网络中各节点的准确定位，而且整个计算方法简单，耗能低，适于传感器节点采用；同时还有效实现了网络节点定位精度与能耗的均衡。
【专利说明】面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线传感器网络的节点定位方法。具体而言，提出了一种采用移动锚节点技术和粒子群优化技术实现无线传感器网络节点自定位的方法。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，将其部署在监测区域内，可实现对网络覆盖区域内的被监测对象信息的协作感知、采集和处理，并将信息发送给观察者。
[0003]位置信息是被监测信息的重要组成部分，没有位置信息的监测信息通常是没有意义的。因此，以获取节点位置为目的的定位技术成为无线传感网的关键技术之一。
[0004]由于传感器节点的计算能力、存储能力和能量供应有限，必须采用专门的定位技术和方法。由于基于锚节点的定位方法可以获取网络节点的全局位置信息，而且定位精度高，所以得到广泛采用。显然这种方法中使用的锚节点越多，定位精度越高，但锚节点需要使用GPS或手工部署来获取自身位置，比普通传感器节点的成本要高很多。其次，传统的节点位置估算方法计算复杂性较高，不太适宜于实际应用中的无线传感器网络。再次，传感器网络越来越多的应用于水下、太空等三维空间，亟需提出适用于三维无线传感器网络的定位方法。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法。
[0006]本发明的面向三维 无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，其特别之处在于，包括以下步骤:
a).部署移动锚节点，在待定位的无线传感器网络中部署可进行移动的锚节点；b).广播信标信息，移动锚节点以速度1沿希尔伯特曲线对整个网络进行遍历，并且在希尔伯特曲线的拐点处广播信标信息；按顺序对希尔伯特曲线的拐点按照1么3，…进行编号，广播的
信标信息包括广播信标信息时移动锚节点的坐标、信标信息编号、测距信息；希尔伯特曲线上相邻两拐点之间的距离s满足不等式(I):
S-^M ⑴
其中，R为设移动锚节点的通信半径；C).信标信息的接收，传感器节点接收移动锚节点发送的信标信息；d).信标信息的选取，传感器节点从接收的信标信息中，选择出4个不共面的信标信息；e).建立目标函数，建立如公式(2)所示的粒子群优化算法的目标函数:
/ , ?) = j ￡ ?Μ - )2+σ - Ji)2+c? - ^ )2 -^)| (2)
4其中，(Xm为待定位的传感器节点的估算坐标，(UiA)为步骤d)中所选择的4个信标信息中第r个的坐标J是传感器节点测得的与第I个信标信息的距离(U3,4)；
f).建立搜索空间，设定如公式(3)所示的粒子群优化算法中的粒子搜索空间:
【权利要求】
1. 一种面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，其特征在于，包括以下步a).部署移动锚节点，在待定位的无线传感器网络中部署可进行移动的锚节点；b).广播信标信息，移动锚节点以速度v沿希尔伯特曲线对整个网络进行遍历，并且在希尔伯特曲线的拐点处广播信标信 息；按顺序对希尔伯特曲线的拐点按照1 A3，_? ?进行编号，广播的信标信息包括广播信标信 息时移动锚节点的坐标、信标信息编号、测距信息；希尔伯特曲线上相邻两拐点之间的距离 s满足不等式（1)：其中，R为设移动锚节点的通信半径；c).信标信息的接收，传感器节点接收移动锚节点发送的信标信息；d).信标信息的选取，传感器节点从接收的信标信息中，选择出4个不共面的信标信e).建立目标函数，建立如公式（2)所示的粒子群优化算法的目标函数:其中，(Ht)为待定位的传感器节点的估算坐标，(Wi)为步骤d)中所选择的4个 信标信息中第I个的坐标，^是传感器节点测得的与第i个信标信息的距离€ (1,2,3,4);f).建立搜索空间，设定如公式（3)所示的粒子群优化算法中的粒子搜索空间等?^ ：(HA)为步骤d)中所选择的4个信标信息中第,个的坐标，！e(U3,4)；g)?产生粒子群，随机产生个粒子，设4、vi = (?b)分别是第 J个粒子的当前位置与飞行速度；h).求取个体最佳位置，设A= (?%)是第j个粒子所经历的最佳位置，即使目 标函数取最小值时的坐标值；5通过公式（4)进行求取：其中，I为迭代次数，为正整数；随机粒子群优化的进化方程I/O+1)为
2.根据权利要求1所述的面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，其特征在于，步骤c)中所述的信标信息的接收通过以下步骤来实现: c-Ι).节点被唤醒，传感器节点接收到移动锚节点广播的第一个信标信息时被唤醒，并存储第一个信标信息； c-2).设定生存时间，设置生存时间TTL=S/V+α,自传感器节点最近接收到信标信息时刻起，生存时间TTL每隔1秒进行减1操作；其中，α是一个预定义常数； C-3).判断是否继续等待接收信标信息，判断TTL > O是否成立，如果成立，则继续保持唤醒状态，在接收到信标信息后，保存该信标信息，并重置TTL = S/V + α.，并按步骤c-2)
进行减I操作；如果不成立，则执行步骤d)。
3.根据权利要求1或2所述的面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，其特征在于，步骤d)中所述的信标信息的选取通过以下方法来实现: d-Ι).查找最近信标信息，传感器节点通过计算其与移动锚节点发送信标信息时的距离，查找出距离传感器节点最近的信标信息的编号，设其编号为m ；
d-2).处理最近的信标信息的序号，令
4.根据权利要求1或2所述的面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，其特征在于，步骤k)中所述的求取新的A、乓通过以下步骤来实现: k-Ι).令j的初始值为1，判断第个粒子的个体最佳位置3与全局最佳位置巧是否相同，如果相同，则执行步骤k -2);如果不相同，则执行步骤k-3)； k-2).重新产生粒子，传感器节点重新产生具有初始位置坐标和飞行速度的粒子，对当前的粒子J进行替换，执行步骤k-4)； k-3).对粒子进行进化，传感器节点通过公式(5)对当前粒子进行进化，执行步骤k-4)； k-4).判断粒子数目，首先令J = J +1，然后判断J ^N是否成立，如果成立，则跳转执行步骤k-Ι);如果不成立，则执行步骤k-5)； k-5).重新计算巧、乓，通过公式(4)和公式(6)分别计算出最新获取的、个粒子在搜索空间内的个体最佳位置和全局最佳位置，执行步骤j)。
5.根据权利要求1或2所述的面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，其特征在于:所述粒子群优化算法中，粒子的数目F取40，迭代次数? = 500，加速常数h =?=2.0，阈值5 = ICT3。
【文档编号】H04W84/18GK103517338SQ201310486694
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】崔焕庆, 王英龙, 舒明雷, 刘瑞霞, 魏诺, 杨明 申请人:山东省计算中心