[发明专利]一种改进的无线传感器网络三维定位方法

说明书

本发明公开了一种改进的无线传感器网络三维定位方法，属于无线传感器定位技术领域，使用VTM‑APIT‑3D算法不断分割定位区域，使用费马点模型进行初步定位，绘制三角形中线垂面划分定位空间，用来缩小定位范围，同时还使用中线(点)修复方法绘制三角形中线或线中点来划分定位空间，其中针对未知节点周围的锚节点数量的不同分成四种情况进行处理，实现了无线传感器的三维定位，减少了使用费马点模型的三维定位方法中多次把未知节点估计在三棱锥形状的有效范围内造成的累积误差。

技术领域

本发明属于无线传感器定位技术领域。

背景技术

为了在无线传感器网络中监测传感器网络的活动情况以实现一些具体的网络操作和网络应用，节点的位置信息非常重要。事件发生的位置以及节点的信息都建立在监测信息的基础上，毋庸置疑的是，没有定位信息的监测消息往往是毫无意义的。因此，位置信息在无线传感器网络应用中起到了关键作用。

在现阶段，常见的测距方法包括：到达时间(ToA)，到达时间差(TDoA)，到达角度(AoA)和接收信号强度指示器(RSSI)等等。这种类型的方法虽然精度较高，但同时也带来了硬件要求极高和通信消费严重方面的问题。因此，他们不适用于低能耗或低成本的应用程序。具体的定位方法可以根据是否需要测量距离或角度信息划分为基于测距的定位和无需测距的定位。无需测距的定位方法不需要测量绝对距离或方向，依靠网络连通性的信息或其他方法即可完成定位。

现实中的无线传感器网络往往被布局在复杂的三维地形中，若采用基于测距的定位则需要测量三个维度的位置或角度信息，易产生测量误差且增加了能耗。为了实现三维环境下更为精确的节点定位，无需测距的定位方法是研究的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的无线传感器网络三维定位方法，减少了使用费马点模型的三维定位方法中多次把未知节点估计在三棱锥形状的有效范围内造成的累积误差。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种改进的无线传感器网络三维定位方法，包括如下步骤：

步骤1：建立无线传感器网络，无线传感器网络包括数个无线传感器和上位机，任意两个相邻的无线传感器之间通过无线网络通信，所有无线传感器均通过无线网络与上位机通信；

步骤2：所有无线传感器均向上位机发送入网信息，入网信息包括位置坐标信息和无线传感器编号；

步骤3：设定任意一个无线传感器为无线传感器A，上位机判断无线传感器A的位置坐标信息是否为空：不为空，则上位机标记无线传感器A为锚节点，并生成标记信息；为空，则上位机标记无线传感器A为未知节点，并生成标记信息；

步骤4：上位机将标记信息发送给无线传感器A，无线传感器A通过标记信息获知自身为锚节点或未知节点；

步骤5：重复步骤3和步骤4，直到所有无线传感器均获得标记信息；

步骤6：上位机记录所有无线传感器的标记信息；

步骤7：设定任意一个未知节点为未知节点B，未知节点B向与其邻近的所有无线传感器均发送入网请求，所有接收到入网请求的锚节点均向未知节点B发送自身的入网信息；

步骤8：未知节点B将接收到的所有锚节点的入网信息，未知节点B判断入网信息的信号的强弱并生成信号强弱信息，未知节点B将入网信息和信号强弱信息合成处理为定位数据包，并通过无线网络将定位数据包发送给上位机；

步骤9：重复步骤7和步骤8，直到所有的未知节点均将自身的定位数据包发送给上位机；

步骤10：上位机查询是否有无线传感器被标记为未知节点：是，则执行步骤11；否，则执行步骤26；