[发明专利]一种对无线传感器网络中节点进行定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种对无线传感器网络中节点进行定位的方法。

背景技术

目前，无线传感器网络可应用于布线和电源供给困难、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些临时场合(如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏)等。由于它不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点，可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域，特别是对于军事应用、目标追踪、环境监测、空间探索，无线传感器网络的优势越来越明显。

无线传感器网络的节点通常随机分布在不同的环境中执行各种监测任务，以自组织的方式相互协调工作，最常见的例子是用飞机将传感器节点布放到指定的区域中。对于大多数的无线传感器网络来说，不知道传感器节点的位置而感知的数据是没有意义的。节点的位置信息除用来报告事件发生的地点外，还可以实现目标跟踪，实时监视目标的行动路线，预测目标的前进轨迹；协助路由，如直接利用节点位置信息进行数据传递的地理路由协议，避免信息在整个网络中的扩散，并可以实现定向的信息查询；进行网络管理，利用传感器节点传回的位置信息构建网络拓扑图，并实时统计网络覆盖情况，对节点密度低的区域及时采取必要的措施等等。

现有技术方案中，无线传感器网络的节点自身定位方法主要有两大类：即基于测距的定位方法和无需测距的定位方法。基于测距的定位方法是通过节点配备额外测量设备来测量节点间点到点的距离或角度信息，从而计算出未知节点的位置信息，该类方法精度较高，但对节点的硬件要求很高，而且通常需要多次测量，循环求精，从而增加了计算开销和通信开销，所以这类方法虽然定位精度较高，但不适合低成本、低功耗的无线传感器网络；另一种无需测距的定位方法是利用无线通信跳数和互连性的免测距位置估计方法，这种免测量位置估计方法利用相对位置进行定位，节能性和扩展性好，但需要在网络密度很高时才能提供较好的定位精度，定位误差较大，无法有效提高节点定位的精确度。

发明内容

本发明的目的是提供一种对无线传感器网络中节点进行定位的方法，能够在无需测距的情况下实现高精度的无线传感器网络节点定位，减小定位误差，提高定位精确度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种对无线传感器网络中节点进行定位的方法，所述无线传感器网络中的节点包括三个或三个以上已知节点位置信息的信标节点和若干个位置信息待测的未知节点，所述方法包括：

各个信标节点向其邻居节点广播自身位置信息的分组，所述分组具体包括跳数字段和各个信标节点自身的位置信息；

接收到所述分组的节点记录自身到各个信标节点的最小跳数和各个信标节点的位置信息，同时记录邻居节点到各个信标节点的跳数情况，将该跳数的字段数值加1，并转发给所述邻居节点；

各个信标节点根据所记录的其他信标节点的位置信息和相距跳数，以及邻居节点的跳数，并结合当前无线传感器网络的网络参数，估算平均每跳距离，并广播估算结果；

所述未知节点接收到估算的平均每跳距离后，根据所记录的距信标节点的最小跳数和邻居节点距同一信标节点的跳数，并结合自身的网络参数，估算自身到每个信标节点的距离；

所述未知节点根据所估算得到的自身到每个信标节点的距离和所获得的各个信标节点的位置信息，计算获得该未知节点的位置信息。

所述记录邻居节点到各个信标节点的跳数情况，具体包括：

记录邻居节点到各个信标节点存在的最小跳数，以及在每种跳数情况下的节点个数，并定义邻跳系数。

所述网络参数为用来建立邻居节点跳数情况与未知节点和信标节点间距离关系的参数，具体包括：

在所述无线传感器网络进行节点定位前，依据该无线传感器网络的连接情况，对特定连接情况下网络中节点的平均每跳距离进行模拟和统计，从统计的结果中分析得到网络参数，并通过该无线传感器网络的网关发布到所述无线传感器网络的各个节点中。

所述估算平均每跳距离，具体包括：

所述信标节点从其他各邻居信标节点与该信标节点间的跳数情况中提取位置信息，结合所记录的该信标节点到其他信标节点的位置信息和相距跳数估算平均每跳距离。

所述估算自身到每个信标节点的距离，具体包括：