[发明专利]无线传感器网络节点定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别是涉及无线传感器网络节点定位方法及装置。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)节点定位在环境监测、人员及动物目标的定位跟踪、物流及资产管理、安防及军事等领域有着广泛的应用前景。

目前在使用定位技术对节点位置进行估计时，为了获得节点的绝对位置信息，一般需要使用少量位置信息已知的静态信标。而这些静态信标的数量及排布方式对网络节点的定位性能有较大影响。当网络部署的静态信标越多、节点距离静态信标越近时，节点的定位精度越高。现有静态信标节点一般采用配置GPS模块的方式，由于GPS模块成本较高，功耗较大，实际应用中难以大量部署信标节点。考虑到一旦未定位节点完成定位，静态信标的定位参考作用变得不那么重要，因此为减少使用成本，可使用一个或少量移动信标(如安装有GPS的移动机器人)来遍历整个网络，辅助网络内的未定位节点实现自定位，这类方法称为移动信标辅助定位方法。

现有的移动信标辅助定位方法一般借助信标在网络“感兴趣区域(RegionOf Interest，ROI)”的有规律移动，并在预先规划好的多个特定地理位置(或者按固定时间间隔周期性地)发射包含自身位置信息的无线信号，未定位节点根据接收到的信标信号，测量自身与信标间的相对距离或角度，当它获得三个或更多的测量数据后，采用三边或多边等定位方法实现自定位。这类定位方法的开销主要集中在移动信标的移动上，需要对信标的移动路径(即移动轨迹)进行优化。目前大部分移动信标辅助定位方法并未给出具体的移动信标路径(即移动信标什么时候或者移动到什么地点，应向未定位节点发射数据包)，一般仅仅提出了信标路径规划的基本原则及要求。只有部分方法给出了对整个网络节点进行多重全覆盖的移动路径方法。使用多重全覆盖的移动路径规划方法，当网络规模较大时，信标移动路径较长，其无线发射开销和能量消耗过大。当网络节点密度分布不均时，尤其是在网络部分区域未部署节点时，采用均匀遍历整个网络的多重全覆盖路径规划机制将导致较低的信标使用效率。此外，采用多重全覆盖的移动路径方法，信标需要花费较长的时间才能遍历完整个网络，因此完成网络所有节点定位的时间较长，实时性较差，当未定位节点缓慢移动时，定位误差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供无线传感器网络节点定位方法及装置，其能够克服现有移动信标辅助定位技术中的不足，综合考虑网络节点的分布情况，并发挥无线传感器网络节点相互协同定位优势，把网络分簇和利用遗传算法进行移动信标辅助定位有机结合，在保证较高的节点定位精度的同时，降低了信标的移动开销计算开销，提高了节点定位实时性。

为实现本发明的目的而提供的无线传感器网络节点定位方法，包括下列步骤：

步骤100.获得整个无线传感器网络的拓扑结构，采用基于网络密度的分簇方法，在对簇头进行优化选择后，基于密度可达性方法把整个无线传感器网络划分为多个密度均匀、互不重叠的簇；

步骤200.获得所有所述簇头的绝对坐标，并使用遗传算法确定移动信标遍历所有簇的顺序，然后确定簇内信标移动路径，形成移动信标在整个无线传感器网络内的优化移动路径，实现无线传感器网络内的节点定位。

所述步骤100，包括下列步骤：

步骤110.根据整个无线传感器网络的拓扑结构及相邻节点间的测距，计算每个节点的权值，并选择所述无线传感器网络内权值最大的节点作为簇头节点；

步骤120.从该簇头节点开始，使用密度可达方法在网络内进行扩散，簇头密度可达区域为该簇的大小；

步骤130.判断所述整个无线传感器网络中是否还存在未加入簇的节点，若是，则执行步骤140；否则，执行步骤150；

步骤140.在所述整个无线传感器网络中删除已形成簇的节点，在剩余的未形成簇的节点中，重新计算各节点权值，并选择其中权值最大的节点作为簇头，再次使用密度可达方法进行扩散，产生新的簇，返回步骤130；

步骤150.将生成的簇中成员数目小于预先设定数目的簇合并到距离最近且簇中成员数量大于规定阈值的簇中去。

所述步骤110，包括下列步骤：

步骤111.获得整个无线传感器网络的拓扑结构及相邻节点间的测距；

步骤112.计算整个无线传感器网络中每个节点的权值，并选择其中权值最大的节点作为簇头节点。

所述步骤200，包括下列步骤：

步骤210.采用全局路径规划方法确定移动信标遍历所有簇的顺序；