[发明专利]一种无线传感器网络基于节点密度的节点定位算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络基于节点密度的节点定位算法。 

背景技术

由于受到成本、功耗、扩展性等问题的限制，在大规模无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中，往往只有少数节点配置GPS接收器或能够在布设时装定位置。因此，必须采用一定的机制与算法解决节点的定位问题。而且，传感器节点只有明确了自身位置才能说明在什么位置或区域发生了什么特定事件。因此，确定事件发生的位置或获取消息的节点位置对传感器网络应用的有效性起着关键的作用。 

在无线传感器网络的定位算法中，无需测距(Range-free)的定位算法是其中一个非常重要的分类。无需测距的定位算法具有硬件成本低、功耗小、抗测量噪声能力强以及硬件结构简单等优势，而且相对较低的定位精度对多数应用已足够用。因此Range-free定位方法多年来一直是无线传感器网络自身定位领域中的一个研究热点。 

然而，在目前WSN的Range-free定位算法的研究中，多数算法是以网络节点均匀分布为前提或算法只有在均匀分布的网络结构下才能获得较佳的定位性能。而在无线传感器网络的实际应用中，WSN的节点的分布往往是随机的，而且节点的分布密度多呈非均匀态势。这种实际应用中节点分布的非均匀性给WSN节点的自身定位带来了非常大的困扰。再者每个节点一般都接收到了多个信标的位置信息，可以同时利用多个锚点的信息通过多边定位的方法提高定位精度。但是研究显示并不是信标节点越多就能获得更好的定位精度。根据以上分析本发明提出了一种均匀、非均匀无线传感器网络皆适用的基于节 点密度选择信标节点的多边定位算法。该算法通过未知节点与信标节点间最短路径上的中间节点的邻节点密度筛选信标节点，丢弃精度不佳的信标节点，采用使用多边定位算法使用剩余信标节点信息来确定未知节点的位置。仿真结果表明该算法在均匀、非均匀网络情况下定位精度均优于现有算法，同时降低了节点的计算量和能耗。 

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的在于提供一种无线传感器网络基于节点密度的节点定位算法，其降低节点的计算量，降低能耗，并且定位精度高。 

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是： 

一种无线传感器网络基于节点密度的节点定位算法，其包括以下步骤： 

步骤1：估算无线传感器网络中每个未知节点到信标节点的距离； 

步骤2：根据连通度的大小，将未知节点到信标节点最短传输路径上的节点分为低连通度、中连通度及高连通度节点；通过仿真统计所述低连通度、中连通度及高连通度节点的单跳距离误差的均值；将所述传输路径上所有节点单跳距离误差估计相加得到未知节点到信标节点的距离估计误差； 

步骤3：使用步骤2的方法得到所有未知节点到信标节点的距离估计误差； 

步骤4：除去未知节点到各个信标节点的距离估计误差大于预设值的信标节点； 

步骤5：使用剩余信标节点计算未知节点位置。 

在上述技术方案的基础上，所述低连通度为连通度小于6、中来连通度是指连通度大于6且小于或等于12、高连通度为连通度大于12。 

在上述技术方案的基础上，所述低连通度、中连通度及高连通度节点的单跳距离误差的均值分别为17.65%R、7.53%R，与4.92%R，其中R为节点的传输半径。 

在上述技术方案的基础上，所述步骤1使用DV-Hop算法或DHL算法中的距离估计方法估算每个未知节点到信标节点的距离。 

在上述技术方案的基础上，所述步骤4中预设值为40%R。 

在上述技术方案的基础上，所述步骤4中预设值根据信标节点在网络中所占百分比不同而改变。 

在上述技术方案的基础上，当信标节点百分比分别为1%、2%、3%、大于3%时，所述预设值分别为100%R、50%R、40%R、30%R。 

在上述技术方案的基础上，所述步骤5采用线性最小二乘法计算未知节点位置。 

在上述技术方案的基础上，所述步骤5的计算方法为， 

设未知节点的坐标为A(x,y)，信标坐标为L₁(x₁,y₁),…,L_k(x_k,y_k)，未知节点到信标的估计距离分别为r₁，r₂,…,r_k，则可以根据估计距离与已知量建立线性方程组： 

AX+N＝b