[发明专利]一种无线传感网节点间的最佳单向通信路径选择方法

说明书

本发明公开了一种无线传感网节点间的最佳单向通信路径选择方法，包括四步：节点广播相对跳数测试包，自己及其直接邻居节点计算相对跳数；节点广播“最佳单向通信路径探测包”，其他节点确定发包节点到自己的最小跳数、最佳单向通信路径和相对跳数；其他节点向发包节点发送“最佳单向通信路径通知包”；节点通过“路径探测包请求发送消息”请求特定节点发送“最佳单向通信路径探测包”以获得该特定节点到自己的最佳单向通信路径信息。本发明充分考虑了节点通信辐射范围的不规则性以及节点分布的不均匀性，结合利用最小通信跳数和相对跳数来选择节点间的单向通信路径，实现了最佳单向通信路径选择，且性能稳定、开销减少。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别是一种无线传感网节点间的最佳单向通信路径选择方法。

背景技术

目前无线传感器网络节点定位方法分为测距定位方法和非测距定位方法两类。

基于测距的定位方法需要利用额外的硬件来测量传感器节点之间的距离或者角度，然后根据三边或者三角测量方法计算待定位节点的位置。该类定位方法的定位精度比较高，但是由于需要额外的硬件，成本消耗比较大，所以该类方法不适合应用在大规模的无线传感器网络中。

目前的研究方向主要是基于非测距的定位方法。对于基于非测距的定位方法，定位精度低于基于测距的定位方法，但是不需要额外的辅助设施。该类方法主要基于传感器节点的连通性进行定位。比如：Slobodan等人提出的Bounding-Box方法、Dragos Nioulescu等人基于节点的跳数关系提出的DV-hop方法、Tian He等人提出的APIT方法。

Bounding-Box方法根据未知节点是否收到锚节点的信息进行定位，如果收到多个锚节点的信息，那么该未知节点的可能位置区域位于这些锚节点通信范围的交集之内，然后取这个交集的重心作为该未知节点的最终定位位置。

DV-hop方法分为三个过程：1、锚节点广播自己的信息，然后其他节点根据接收到的锚节点的信息，计算该锚节点到自身的最小跳数；2、锚节点根据其他锚节点到自己的距离总数和跳数总数计算该锚节点的平均每跳距离；3、未知节点依据锚节点到自己的跳数和距离自己最近的锚点计算所得的平均每跳距离，估计出各个锚节点到自己的距离，并利用三边或者极大似然估计算出自己的位置。

APIT方法的其核心思想是：未知节点任选三个锚点作为顶点，以这三个顶点构建三角形，并判断自身是否在三角形内部，如果自身在三角形内部，则称此三角形包含该未知节点；然后再任选3个锚点进行相同的操作，直到遍历完所有的锚点组合。最后，该未知节点计算所有自身位于其内的三角形相交区域的中心作为自身的定位位置。

尽管上述几种方法能够满足部分应用对定位精度的要求，但它们的定位精度毕竟不高，应用范围有限，主要适用于节点均匀分布、每个节点在各个方向的辐射半径相同的网络。而实际网络中的节点分布并不均匀，且每个节点的实际辐射模型差别较大，即节点各方向的辐射半径并不相等。

如果将上述的这些基于非测距的定位方法应用于节点分布不均匀的实际网络中，将会出现以下几个问题：

1、在非均匀分布网络条件下，针对每个未知节点只计算一个平均跳距并不合适；

2、由于实际网络存在节点辐射半径的对称性和非对称性，由此带来节点间通信的非对称性，上述现有的这些算法并未考虑这些因素，应用到实际网络中计算所得的平均跳距和定位位置精度有限；

3、定位算法执行过程中的相关信息并未被充分利用。

因此，很有必要改进未知节点定位方法，充分考虑到节点分布不均匀、节点各方向辐射半径不等的场景，以使之能够很好地应用于实际，以利于提升节点的定位精度，扩大非测距定位方法的应用范围。

发明内容