[发明专利]一种无线传感器网络中节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络节点定位领域，特别是一种基于滤波算法和CSS（Chirp Spread Spectrum，线性调频扩频）测距模型的WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）节点定位方法。

背景技术

在无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的众多应用中，传感器节点的位置信息是至关重要的，因为没有节点位置信息的监测数据往往是没有意义的。节点自身的精确定位是提供监测事件位置信息的前提，也是实现移动目标定位、轨迹跟踪预测、网络拓扑控制以及网络路由优化的基础。

现有的无线传感器网络定位方法根据是否需要测距分为：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有：基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位和基于RSSI的定位。其中，基于TOA的定位需要严格的节点间时间同步，很难应用于大规模无线传感器网络定位；基于TDOA的定位受限于超声波传输距离和非直视路径问题；基于AOA的定位需要额外的硬件，在硬件尺寸和功耗上很难满足实际应用；基于RSSI的定位符合低功率、低成本的要求，但是具有较大的定位误差。无需测距的定位方法如质心算法、DV-Hop（Distance Vector-Hop）等，具有低成本、受环境影响小等优点，但是存在测距误差累积问题，同时定位误差也较大。

最近，线性调频扩频（Chirp Spread Spectrum，CSS）技术被IEEE802.15.4a标准所采纳，成为一种应用于WSN节点定位的新型技术。该技术不仅支持低的能量消耗，还支持精确测距，非常适合应用于无线传感器网络节点定位。但是该技术应用于WSN节点定位仍存在以下问题亟需解决：（1）由于周围恶劣环境对无线信号的影响，CSS测距样本存在随机测量噪声和异常测距点污染问题，严重恶化了测距精度；（2）由于传感器节点能量有限，如何设计简单高效的滤波算法提高定位性能是一大难题。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无线传感器网络中节点定位方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种无线传感器网络中节点定位方法，包含了以下几个步骤：

建立直角坐标系，获得无线传感器网络中每个锚节点的位置信息；并通过距离矢量交换协议，使待定位节点获得网络中锚节点的ID、位置坐标以及相应的跳数，并建立对应的锚节点信息表；锚节点是无线传感器网络中自身位置已知的节点；

网络中的待定位节点查询自身的锚节点信息表，当其1跳范围内具有的锚节点数目大于或者等于3个时，该待定位节点启动测距，获得待定位节点与各个锚节点之间的测距样本；

设计投票-平均联合滤波算法对测距样本进行处理，并建立CSS测距模型来获得待定位节点与锚节点之间的精确测距信息。

本发明利用CSS技术（可以参见H.-S.Ahn,H.Hur,W.-S.Choi,One-way Ranging Technique for CSS-based Indoor Localization,IEEE International Conference on Industrial Informatics,Daejeon,Korea,2008.）多次测量自身与锚节点之间的距离，获得N个测距样本，用表示，其中表示该待定位节点与锚节点j之间第k次测距样本。

步骤三中所述的投票-平均联合滤波算法包括如下步骤：

（1）利用式（1）求取N个测距样本的样本均值μ；

μ=dj1+dj2+...+djkN---(1),]]>