[发明专利]一种无线传感器网络的节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的节点定位方法，尤其涉及一种在DV-Hop(Distance Vector-Hop)定位方法基础上进行改进的节点定位方法，属于无线传感器网络的定位技术领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在监测区域内大量小体积、低成本的传感器节点组成的一个多跳自组网网络。传感器节点具有感知、处理和通信的能力。在传感器网络的很多应用中，没有节点位置信息的监测数据往往是没有意义的。当监测到事件发生时，人们关心的一个重要问题就是该事件发生的位置。定位信息除了用来报告事件发生的地点之外，还可以用于目标跟踪、目标轨迹预测、协助路由和网络拓扑管理等。

       现有的无线传感器网络定位方法主要有基于测距(range-based)和无需测距(range-free)两类。前者需要实际测量节点间点到点的距离或角度，再使用三边或多边定位来计算定位节点的位置；后者不需要实际测量节点间的距离和角度，仅根据网络连通性等信息就能实现节点的定位。Range-based定位方法对网络的硬件设施提出了较高的要求，通常需要进行多次测量，而且提高定位精度需要增加计算和通信开销。

DV-Hop定位方法是一种典型的Range-free定位方法，其基本思想是将未知节点到锚节点的距离用每跳平均距离与两者之间跳数的乘积表示。在网络节点分布均匀且各向同性的密集型的无线传感器网络中，可以合理的得到平均每跳距离，从而能得到适当的定位精度。但当网络稀疏或网络节点分布不均匀时，往往接收不到准确的跳数信息，计算出的平均每跳距离误差较大，从而影响整个网络节点的定位精度。

针对上述问题，国内外学者已经开始对DV-Hop方法从各个方面进行了改进。如万江文等人于2008年7月16日公开了一种基于跳数的无线传感器网络定位求精方法（申请号为200810057492.2）。提出在网络中的未知节点实现初始定位后，采用多跳扩展算法和相对加权最小二乘法对初始估计位置进行求精计算，获取未知节点最终估计位置坐标。这种求精方法虽提高了定位精度，但增加了位置计算的冗余度及已知节点个数。胡斌杰等人于2012年3月28日公开了一种用于无线传感器网络的定位方法（申请号为201110179976.6），该方法包括：信标节点和未知节点随机均匀分布在区域中，所有节点获得各信标节点的位置以及到各信标节点的跳数后，未知节点选择最近的信标节点为参考节点；根据参考节点的邻居节点到某信标节点的跳数信息，以及未知节点的邻居节点到该信标节点的跳数信息，计算出信标节点到未知节点所在区域的平均距离；使用二分迭代法计算出信标节点到未知节点的距离。获得未知节点到三个以上信标节点的距离后就能确定未知节点的位置。

现有的一些改进方法都不是很理想，或者定位精度不是很高，或者是用较大的通信开销或计算量才能获得较高的定位精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无线传感器网络的节点定位方法，在现有DV-Hop定位方法基础上进行改进，从而具有更高的定位精度以及更小的通信和能量开销。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题。

一种无线传感器网络的节点定位方法，所述无线传感器网络所监测区域中部署有多个位置信息已知的锚节点，包括以下步骤：

步骤1、无线传感器网络中的各锚节点和普通节点进行信息交互，使得全网中所有节点均获得所有锚节点的信息；

步骤2、各锚节点利用下式分别计算平均每跳距离并将各自的计算结果广播给网络中所有节点：

式中，表示锚节点计算的平均每跳距离，为锚节点和锚节点间的跳数，为锚节点、间的实际距离；

步骤3、未知节点利用下式计算自身的平均每跳距离：

式中，表示未知节点的平均每跳距离，表示锚节点计算的平均每跳距离，表示未知节点获取到信息的锚节点的总个数，锚节点的权值根据下式确定：

其中，表示未知节点距离锚节点的跳数，表示所述个锚节点中的第个距离未知节点的跳数；

步骤4、以与的乘积作为未知节点与锚节点之间的估计距离，利用二维双曲线定位算法估计出未知节点的坐标；

步骤5、使用粒子群优化方法对步骤4中得到的未知节点的坐标进行进一步校正，得到更精确的未知节点的坐标。