[发明专利]三维APIT无线传感网络定位算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的三维APIT定位算法。属于无线传感器网络应用技术领域。

背景技术

定位就是确定事件发生的位置或采集数据的节点位置信息，这是无线传感器网络功能之一。位置信息是传感器节点采集数据中不可缺少的部分，没有位置信息的监测消息是毫无意义的。无线传感器网络的定位技术根据定位机制可以分为基于测距的定位算法和非测距的定位算法。基于测距的定位算法因为存在着大量的硬件开销，不被广泛采用。非测距定位算法依靠网络中少量的位置已知的锚节点，通过邻居节点间有限的通信和某种定位机制估算网络中所有未知节点的位置。开销较小，但是误差较大。

无线传感器网络中的定位算法目前主要集中在二维定位算法，比较有效的三维定位算法较少，且大都是在现有的二维定位算法基础上扩展得到的；由于二维定位算法本身的缺陷，导致扩展的三维定位算法误差较大。另外一些三维定位算法是基于一些三维地图的伪三维定位算法，开销较大。

发明内容

本发明主要针上述缺陷，将3D-DVHOP多跳机制引入APIT定位算法中，提出三维MHWC-APIT(The Multi-Hop and Weighted CentroidAPIT)定位算法。本发明的设计方案如下：

1.三维APIT算法的两种误判处理

通过加权方法计算锚球交集所围成区域的质心，代替三维APIT中的四面体测试。具体实现如下：

未知节点从邻居锚节点中任意取出3个。分别以锚节点为圆心，通信半径为半径做球，形成3个锚球。求3个锚球交集的重心。其次，继续选择其他3个锚节点，直到穷尽所有的组合。最终，以所有重心均值作为未知节点的坐标。

在计算3个锚球交集区域的重心时，采用了将三维空间转化为二维空间的方法。将3个锚球分别向XOY、YOZ、XOZ平面做投影，得到的圆半径大小不变，因此，平面定位的结果能真实反映未知节点的空间位置情况。

在图1中，A，B，C分别为三维空间中3个锚节点在XOY平面的投影，未知节点的投影N位于锚圆交点形成的区域中，其次就可以对锚圆交点形成的区域进行加权质心，得到未知节点在XOY平面中投影的坐标。同理，可以求出在YOZ和XOZ平面内投影的坐标。具体计算如下：

首先在XOY平面内，对锚圆交点形成的区域进行加权质心计算，XOY平面内投影的坐标如式1