[发明专利]一种水下传感器网络的节点定位方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种水下传感器网络的节点定位方法，更具体的说，尤其涉及一种锚节点在水面做螺旋运动、传感器节点根据接收的4个不共线的锚节点坐标进行位置计算的水下传感器网络的节点定位方法。

背景技术

近年来随着海洋经济的兴起和各国对海洋权益的日益重视，水下传感网进步飞速， 现在它已经广泛应用于海洋观测、资源勘探和开发、灾害预报、污染检测、军事探测等诸多民用和军用领域。节点定位技术是水下传感网的关键技术之一，在大多数应用中，都需要对目标节点的位置进行快速有效定位。比如，在水下救援打捞领域，相应的传感器节点必须能够提供目标节点的位置信息，以便救援人员及时采取相应方案。

在陆地传感网定位中，配有GPS的节点都可以作为锚节点随机部署在网络中，而在水下，锚节点的部署难度明显增大：GPS在水中失效；锚节点固定在水底的成本高，施工难度大；水下环境复杂多变，导致锚节点移动性较强，难以定位；锚节点水下供电困难等。针对这些水下锚节点部署的限制，目前国内外已经提出一些针对锚节点仅水面部署（即锚节点是携带GPS接收器并被放置在水体表面的节点）的水下传感网定位方法，但是仍存在以下问题：

1.锚节点共面造成定位误差较大或有些方法不能定位，无法满足实际应用需求；

2.系统中需要部署大量能耗过高的超级节点，导致通信开销过大，缩短网络生命周期。

3.将三维定位通过映射转化为二维定位，没有充分利用易测的深度信息，降低了定位精度。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种锚节点在水面做螺旋运动、传感器节点根据接收的4个不共线的锚节点坐标进行位置计算的水下传感器网络的节点定位方法。

本发明的水下传感器网络的节点定位方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a).建立空间直角坐标系，设水下传感器网络处于长、宽、高分别为M、N、H的立方体区域中，立方体的上表面为水面区域，顶点依次为A、B、C、D，AB为长，BC为宽；以顶点A为原点、AB边所在的直线为x轴、AD边所在的直线为Y轴、与水面区域垂直且向上的方向为Z轴正向，建立空间直角坐标系；b).建立移动锚节点，建立以位置（M/2，N/2，0）为出发点、按照公式（1）表达的等距螺旋线运动的移动锚节点：

    （1）

其中，K用于调整相邻等距螺旋线之间的间隔，t为移动角度，T为每次移动的时间间隔；c).广播定位信息，移动锚节点沿着等距螺旋线移动，每隔一个时间周期T就发送一个包含自身当前坐标和序号的锚节点坐标信息；d).锚节点坐标信息的接收，水下传感器节点接收移动锚节点发送的或其它传感器节点转发的锚节点坐标信息；e).判断位置是否已确定，传感器节点判断自身的位置是否已确定，如果位置没有确定，则存储该锚节点坐标信息并将其转发，执行步骤f)；如果位置已确定，则对接收的锚节点坐标信息只做转发处理；f).判断锚节点坐标信息的数目，传感器节点判断接收到的锚节点坐标信息的数量是否已达到4个，如果没有达到4个，则跳转至步骤d)；如果已达到4个，则执行步骤g)；g).判断4个锚节点坐标是否共线，传感器节点判断接收到的4个锚节点坐标是否共线，如果共线，则将其中的一个锚节点坐标删除，跳转至步骤d)，以重新接收一个锚节点坐标信息；如果不共线，则执行步骤h)；h).位置计算，传感器节点根据接收的4个不共线的锚节点位置坐标，采用微粒群优化算法计算出传感器节点的位置坐标，实现传感器节点的定位。

步骤a)为建立空间直角坐标系，将传感器网络所在的区域限制在、、范围之内；步骤b)中移动锚节点按照公式（1）所表达的等距螺旋线运动，并进行锚节点坐标信息的广播。传感器节点接收到锚节点坐标信息后，首先通过步骤e)判断自身的位置是否已确定，如位置已确定，则对接收的信息只做转发处理；在位置没确定的情况下，将其保存和转发。步骤f)为判断接收到的锚节点坐标信息的数量是否已达到4个，没有达到，则继续接收；如果已经达到4个，则通过步骤g)进行4个锚节点坐标是否共线的判断，只有不共线的情况下，才通过步骤h)进行位置坐标的计算。

本发明的水下传感器网络的节点定位方法，设未定位的传感器节点接收到的4个锚节点的坐标的分别为、、、，步骤g)中判断4个锚节点坐标是否共线采用如下方法：g-1).计算斜率，按照公式（2）分别计算出斜率、、的值：

      （2）

g-2).判断是否共线，判断、、是否满足至少有一个与其它两个不相同，如果满足，则4个锚节点不共线；如不满足，则4个锚节点共线。