[发明专利]一种基于跳数的传感网定位方法

说明书

技术领域

 本发明涉及无线传感器网络，尤其涉及一种基于跳数的传感网定位方法。

背景技术

无线传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。近年来，随着微机电系统(MEMS：Micro-Electro- Mechanical Systems)、低功耗高集成度电子器件及无线通信技术的快速发展，导致低成本、低功耗、微体积、多功能的无线传感器节点设备的出现。这些微型传感器节点通常由传感部件、数据处理部件、通信部件和电源部件组成。成千上万这样的微型传感器节点以自组织网的形式构成了无线传感器网络。

对于大多数应用，不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”，实现对外部目标的定位和追踪。另一方面，了解传感器节点位置信息还可以提高路由效率，为网络提供命名空间，向部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置。而人工部署和为所有网络节点安装GPS接收器都会受到成本、功耗、扩展性等问题的限制，甚至在某些场合可能根本无法实现，因此必须采用一定的机制与算法实现WSN 的自身定位。

传感器网络自身定位系统和算法的研究大致经过两个阶段。第一阶段主要偏重于紧密耦合型和基于基础设施的定位系统，代表性的研究成果包括RADAR，Active Bat，Active Badge，RadioCamera，Active Office，Easy Living，SpotON，HiBall Tracke， Xeror的ParcTAB，佐治亚理工学院的Smart Floor，Smart Rooms，3D-iD，WhereNet等。第二阶段是对于松散耦合型和无须基础设施的定位技术的研究，目前已经成为无线传感器网络领域一个不小的热点，代表性的研究成果包括Cricket及AHLos等。

现有无线传感器网络自身定位技术可以分为两种：测距和非测距定位方法。测距定位方法需要测量节点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未知节点的位置。这种定位方法精度较高，但对节点硬件要求很高，不适用于低功耗、低成本的应用。非测距定位方法利用节点间的估计距离计算节点位置，不需要额外的硬件支持，但是定位精度不高，同时容易受外界环境的影响，算法稳定性不高。有效提高算法精确度及降低算法复杂度，是现在的研究重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有的定位技术提供一种定位精度更高且运算复杂度低的非测距的一种基于跳数的传感网定位方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：采用分布式计算方法，无线传感器网络中部分位置确定的锚节点作为参考节点。锚节点向网络中广播分组信息，为直接带你根据自身接收到的信息，取出离其最近的三个锚节点，利用这三个锚节点形成距离方程，将三个方程两两相比，构成一个非线性方程组，解出该非线性方程组，取所有实数解的质心，作为未知节点的最终估计位置。

本发明的具体内容为：在无线传感网中随机分布N个传感器节点，其中有M个节点是锚节点。锚节点向整个网络广播其自身分组信息，在其通信半径内的节点能够接收到该广播信号。利用三个锚节点构成跳数比非线性方程组，进而对多位未知节点进行分布式定位，有效提高了定位精度，降低了网络节点功耗。

本发明的方法步骤如下：(1) 无线传感器网络中，各个节点的通信半径相同，信号以圆形的方式进行传播；(2) 网络中各个锚节点已知自身的位置信息；(3) 每个锚节点向网络中广播自身位置信息的分组，分组信息中包括该锚节点的位置信息和ID；(4) 网络中各个节点均保存一个跳数表                                               ，该表中表示锚节点i的横坐标；表示锚节点i的纵坐标；为锚节点i到此节点的跳数，初始化为0；(5) 每个邻居节点接收到锚节点广播的分组信息后，将跳数表中的的值加1，并转发给其他邻居节点；(6) 所有节点记录到各个锚节点的最小跳数，忽略来自同一锚节点的其他跳数的分组；(7) 所有节点只接收限定跳数内的锚节点广播的分组信息，若超过限定跳数，则忽略该节点的信息；(8) 未知节点根据接收到的锚节点广播的分组信息，选取离其最近的三个锚节点，利用未知节点到这三个锚节点的跳数之比构成非线性方程组；(9) 解出非线性方程组，取所有实数解的质心作为未知节点的最终估计位置。