[发明专利]一种基于共面度的跳距修正的WSN三维空间目标定位方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机无线传感器网络领域，特别是一种基于共面度的跳距修正的WSN三维空间目标定位方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量具有采集、计算和无线通信能力的传感器节点通过多跳、自组织方式构成的网络，布置在监测区域内，能够自主采集和处理监测区域中的信息，并发送给观察者。位置信息在无线传感器网络的监测等应用以及路由选择、可靠性与安全性保障中均具有重要的作用，没有位置信息的监测消息往往毫无意义。因此定位技术已经成为无线传感器网络应用必不可少的支撑技术之一。目前，国际上对WSN节点定位的研究主要集中在二维平面，对基于WSN的三维空间定位问题的研究成果还比较少。而实际应用中传感器的部署往往可能在地下、高墙甚至空中等三维区域中。由于三维空间的环境更加复杂，求精问题的计算复杂度大幅度增加，很难直接将二维定位算法应用于三维空间。

三维空间中的定位问题相比二维空间的定位有如下难点：(1)定位所需要的参考点要有所增加。在二维空间中，定位一个未知节点至少需要三个参考节点。而在三维空间中，至少需要四个参考节点才能确定未知节点的位置，这不仅要求增加参考节点的密度，而且增加了算法复杂度。(2)若有地形障碍，对节点之间的传输信号存在影响。三维空间中地形带来的非视距传输对信号的影响是不可忽视的，因此使用RSSI计算节点之间的距离会存在一定的误差，从而对定位精度产生影响。

随着WSN技术的发展，无线传感器网络的应用越来越广泛，且对定位的精度要求也越来越高。目前，对无线传感器网络的二维定位技术的研究已经趋于成熟，但是针对三维定位技术的研究工作还不多见，还没有成熟的标准。目前已有的三维定位技术，整体上还是采用将二维平面定位算法推广到三维空间的方法，将二维平面的WSN定位算法直接推广到三维空间存在的问题是没有考虑三维空间的复杂情况，会导致计算量大幅度增加，导致累计误差等问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于共面度的跳距修正的WSN三维空间目标定位方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于共面度的跳距修正的WSN三维空间目标定位方法，具体包括以下步骤：

步骤1，采用RSSI测距技术测量相邻节点之间的距离；

步骤2，根据步骤2中最小跳数值和累计跳距，通过距离矢量交换协议接收和转发信标节点信息，得到所有节点和信标节点的最小跳数值和累计距离；

步骤3，计算修正参数，根据修正参数修正累计距离；

步骤4，计算每个定位单元的共面度值，基于共面度值选择最佳定位单元；

步骤5，根据选择的最佳定位单元采用四面测量法计算未知节点坐标；

步骤6，采用拟牛顿法对未知节点坐标进行优化；

步骤7，将成功定位的节点提升为信标节点参与第二轮定位。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明引入共面度的思想，消除了三维定位中定位单元近似共面引起的定位误差，根据共面度阈值选择进行定位的定位单元，提高了定位算法精度；2)对累计距离进行修正，降低了用跳段距离代替实际距离引起的误差，从而提高了算法的定位精度；3)通过将已经成功定位的未知节点提升为信标节点参与未知节点的定位，提高信标节点的比例，从而提高了定位算法的定位覆盖率；4)采用拟牛顿法对定位结果进行优化，进一步提高了定位精度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为三维空间定位模型图。

图2为一种基于共面度的跳距修正的WSN三维空间目标定位方法的流程图。

图3为本发明仿真效果图。

图4为本发明算法与其他算法的定位精度对比图。

图5为本发明算法与其他算法的定位覆盖率对比图。

具体实施方式

本发明的一种基于共面度的跳距修正的WSN三维空间目标定位方法，包括以下步骤：

步骤1，采用RSSI测距技术测量相邻节点之间的距离，RSSI技术(Received Signal Strength Indicator，RSSI)，根据接收节点接收到的信号强度，可估算出发射节点到接收节点之间的距离。将信号强度转换为距离所用的公式为：