[发明专利]一种基于节点分布密度的无线传感网络节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感技术和无线传感网络定位技术领域，特指一种基于节点分布密度的无线传感网络节点定位方法。

背景技术

    无线传感网络经历了智能传感器、无线智能传感器、无线传感器网络三个阶段；由于微机电系统(MEMS)、片上系统（SOC）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，20世纪90年代出现了现代意义的无线传感网络技术，以其低成本、低功耗、分布式和自组织的特点在信息感知领域起到了重要的作用；随机性的部署与动态的拓扑结构决定了传感器节点位置的未知性，然而节点所采集的数据必须结合其自身的位置信息才有意义；应用于实际监测场合，通过节点位置信息，可以选择最短路由来传递信息，从而节省了能量，满足了低功耗的要求；另外，信息的无线传输是消耗能量的主要原因，根据节点的位置信息，选择特定区域的传感器节点来获取特定区域的信息，这样可以降低网络系统的功耗，延长整个网络系统的生命周期；鉴于定位在无线传感网络的重要性，一系列的定位算法和定位系统应运而生。如质心（sentroid）定位算法、DV-hop算法、Amorphous定位算法、APIT算法、CBA（Concentric Anchor-Beacons）定位算法、Sequence-Based定位算法等等，然而目前却很难找到一种适用于节点不均匀性分布的条件下，减少通信开销、降低功耗的同时获得较高定位精度的算法，而且目前的定位算法是应用在一种理想的节点分布结构区域的算法，这种算法需要额外的硬件设备支持；本发明针对这个难题，根据实际部署中节点分布的不均匀性，结合现有定位算法，提供一种基于节点分布密度的无线网络传感器节点定位方法，该方法具有低功耗、低成本的优点，且在节点不均匀性分布的条件下仍能达到应用要求的高定位精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于节点分布密度的无线传感器节点定位方法，该方法解决了无线传感网络节点定位方法精度不高以及传统算法对节点分布不均匀性的敏感问题，且具有低功耗、低成本的优点，并在节点不均匀性分布的条件下仍能达到应用要求的高定位精度。

本发明解决其关键问题所采用的方案是基于节点分布密度来构建节点分布疏密区域模型，巧妙运用DV-hop算法和Amorphous算法，实现网络未知节点的定位；针对节点分布不均匀的网络，本发明算法通过连通性信息，划分节点分布的密集和疏散区，来构建这些简单定位算法的较理想应用区域，从而满足它们各自应用的条件，提高定位的精确度，避免了传统算法对网络节点不均匀分布的敏感性问题。

在计算上，该方法首先对大面积的密集区域未知节点进行定位，根据DV-hop算法获取未知节点到信标节点的最小跳数，然后信标节点计算出网络平均每跳距离，再把网络平均每跳距离和最小跳数的乘积作为未知节点到参考节点之间的估计距离，最后利用三边测量法获得节点的位置；在位置已知节点大大增加的基础上，把他们都作为信标节点，根据Amorphous定位算法直接使用节点的通信半径为平均每跳距离，得到局部疏散区域未知节点的位置。

其定位算法方法具体包括以下步骤：

1、从无线传感网络中均匀选取多个信标节点，预设所选取信标节点的位置信息及通信半径。

2、统计所选的每个信标节点的邻居节点个数，并计算网络平均邻居节点个数。

3、求取所选每一信标节点在其直接通信范围内的节点分布密度和整个网络的信标节点直接通信范围内的节点平均分布密度。

4、设定密集区域信标节点和疏散区域信标节点，把整个网络划分成大面积的密集区和局部的疏散区。

5、对大面积密集区域的未知节点进行定位。

6、对局部疏散区域的未知节点进行定位，从而完成了对整个无线传感网络节点的定位。

上述所述方法，步骤1中的均匀选取多个节点为信标节点，其位置信息是指信标节点的位置坐标（x，y）和ID；选取原则为：假设总共布置n个传感器节点的无线传感网络地域面积为S，并把这个区域视为有m个面积为πr²的小区域构成，满足                                                m+1，r为节点通信半径，如图1所示。在每个小区域内选取b个节点作为信标节点，满足1＜,同时相邻小区域选取的各信标节点距离不宜小于，那么这m个小区域选取的信标节点个数分别为……，最后整个网络（所有的小区域）共选取了个信标节点，其中=++…+。