[发明专利]一种用于井下环境的一维无线传感器网络定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络通信技术领域，尤其涉及一种用于井下环境的一维无线传感器网络定位方法。

背景技术

无线传感器网络由于其短距通信和多跳通信的特点，使得人们常常用它进行目标定位和跟踪应用。为了获取矿井人员位置信息，人们考虑让矿工携带无线通信节点，并用无线传感器网络对其进行定位。通常，矿井巷道十分狭长，宽度仅几米，而长度通常几公里，甚至十几公里。因此，对矿工的定位目标，主要是确定矿工离巷道口的距离，即只需一维位置信息。通常利用无线传感器网络进行目标定位，需要网络中存在一些已知自身位置信息的节点，称之为锚节点。人们利用未知节点与锚节点的拓扑关系、或者检测锚节点信号强度，实现对未知节点的定位。定位精度在很大程度上取决于锚节点的密度。然而，在极长距离的井下环境中，锚节点不可能足够密集。因此，如何在一维稀疏的锚节点部署情况下，提高目标的定位精度，成为一个挑战性问题。现有的无线传感器网络定位方法主要有如下：

(1)距离相关法，见C.H.A.Savvides and M.B.Strivastava，“Dynamicfinegrained localization in ad-hoc networks of sensors，”in Mobicom’01，Rome，Italy，2001，pp.66-179，这种方法利用对无线信号衰减程度的测量，来估算目标位置的距离。该方法在井下狭长环境中，由于多径衰落的影响，定位精度比较低。

(2)距离无关法，见D.W.Y.Wang，X.Wang and D.Agrawal，“Localization algorithm using expected hop progress in wireless sensornetworks，”in MASS’06，Vancouver，Canada，Oct.2006，pp.348-357，这种方法利用锚节点的位置信息，通过拓扑关系，例如锚节点覆盖范围、与锚节点之间的跳数等，来估计目标节点的位置。该方法的精度非常依赖于锚节点的密度。在稀疏的锚节点部署下，其定位误差接近50％的节点通信半径。

因此，上述方法在稀疏的锚节点部署下，定位精度均将较低，不适宜用于井下一维节点部署环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于井下环境的一维无线传感器网络定位方法，该方法在相同锚节点部署密度下，简单有效的提高了目标节点的定位精度。

一种用于井下环境的一维无线传感器网络定位方法，包括下述步骤：

第1步：各锚节点在井下按一维等间距部署，相邻锚节点的间距D与锚节点通信半径R满足D＜R≤9D/8，目标节点的通信半径D/2≤r＜R；

第2步：目标节点监听周围锚节点信号，如果收到三个锚节点的信号，则确定自身位置为这三个锚节点中处于中间位置的锚节点位置，进入第3步，如果只收到两个锚节点的信号，则进入第3步；

第3步：目标节点向监听到的两个锚节点发送数据包，如果只收到位置较小的锚节点的回复，则确定自身位置为该锚节点位置加D/4，如果只收到位置较大的锚节点的回复，则确定自身位置为该锚节点位置减D/4，如果不能收到任何锚节点的回复信息，则确定自身位置为监听到的两个锚节点的中间位置；

第4步：已确定位置的目标节点向周围广播数据包，如果收到相邻已确定位置的目标节点的数据包，且其与该相邻目标节点的当前确定位置相差D/2，则这两个已确定位置的目标节点中较小位置的目标节点按照增大D/16进行位置修正，较大位置的目标节点按照减小D/16进行位置修正。

本发明所述的方法是一种基于井下环境的一维无线传感器网络定位方法。该方法在井下巷道中均匀部署锚节点，对锚节点和目标节点的发射功率进行不对称设置，目标节点通过判断当前链路个数和单/双向特征，从而划分自身存在的位置区间。此外，进一步探测相邻目标节点，对估计位置进行修正。因此，该方法在锚节点密度一定情况下，简单有效的提高了目标节点的定位精度，该方法在相同锚节点部署密度下，使目标移动节点(矿工)的定位误差降到约13％的节点通信半径。

附图说明

图1是本发明节点部署示意图；

图2是本发明位置范围估计的示意图。

具体实施方式

下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

本发明所述各节点的位置均用其到井口的距离来标记，节点位置小说明其距离井口近，节点位置大说明其距离井口远。

本发明具体包括以下几个步骤：