[发明专利]水下传感器网络节点定位方法

说明书

本发明属于水下无线传感器网络应用技术领域。针对无需测距的分布式水下移动传感器网络节点定位方法存在的定位精度和信标节点冗余的问题，本发明提供一种水下传感器网络节点定位方法，该方法分为两步：第一步，建立层次关系，首先，在部署区域的一端部署单个信标节点，信标节点广播其自身的定位信息，以信标节点为根建立树形结构，实现首次分层，而后，信标节点依次移动到部署区域的其他边界，多次划分层次；第二步，节点根据得到的分层信息，确定其所属的区域，再通过与邻居节点交换信息，进一步缩小节点所在区域，计算得到节点坐标。本发明在定位过程中只使用一个信标节点，采用分层细化的方式，有效的解决了信标节点冗余和精度低的问题。

技术领域

本发明属于水下无线传感器网络应用技术领域，具体涉及一种水下传感器网络节点定位方法。

背景技术

近年来，随着对海洋资源利用率的不断提高，对水下传感器网络节点收集信息的定位要求越来越高。然而，海洋与陆地的通讯信号传播介质的截然不同导致了体系成熟的电磁信号无法在海洋环境中被使用。再加上水下环境充满复杂性和未知性，陆地上的节点定位算法都不能直接在水下环境中使用。水下传感器节点的能量是有限的，不像陆地设备那样随时保持充足的能源供给。水下传感器节点要保持能量直到完成系统要求的收集任务，并且要在能量耗尽之前等待特殊节点或者船舶等信息收集设备来获取数据。有限的能量不足以支撑节点全天实时的报告自己的位置，水下传感器节点只能在特殊节点、船舶或者基站获取水下传感器节点收集的信息的时候，利用节点定位技术确定水下传感器节点所处的位置，这使得节点定位技术成为水下传感器网络体系结构中关键又不可或缺的技术。

水下测距的误差严重影响了基于测距的水下传感器网络节点定位算法的精度，与基于测距的定位算法相比，无需测距的定位算法虽然避免了测距误差的影响，但是其估算过程过于粗糙，难以拥有较高的定位精度和定位稳定性。3D-LRLS(Low-cost Range-freeLocalization Scheme for Three-dimensional Underwater Sensor Networks)是一种无需测距的集中式水下移动传感器网络节点定位算法，其利用锚节点发射不同功率的信号来判断区域再进一步估算。在计算待测节点的时候，它能够更加细腻的对锚节点不同的位置情况进行分析，并且根据不同的水下深度提出了信号损失模型，使得计算模型更加完善，定位精度也有所提升。但是其信号损失模型有待于进一步完善，并且其信号损失模型对定位精度影响较大。每定位一个待测节点，需要2至4个信标节点配合才能完成，随着部署区域的扩大，所需信标节点的数量激增，导致信标节点冗余以及部署成本极具上升，甚至有可能出现进行定位辅助的信标节点的数量高于待测节点数量的情况。虽然定位精度比较别的算法来说有所提升，但是在数量极多的信标节点进行辅助定位的情况下，定位精度低，难以达到部分应用的定位要求。

发明内容

针对无需测距的分布式水下移动传感器网络节点定位方法存在的定位精度和信标节点冗余的问题，本发明提供一种水下传感器网络节点定位方法，采用分层细化的方式定位，在定位过程中只使用一个信标节点，消除了信标节点随水流移动带来的误差，有效的解决随着部署海域的范围扩大产生的信标节点冗余的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水下传感器网络节点定位方法，包括以下步骤：

(1)定义水下传感器网络在三维坐标系中的部署区域及信标节点的广播位置A、B和C，A位于部署区域xy平面中心位置，B位于部署区域xz平面中心位置，C位于部署区域yz平面中心位置；

(2)单个信标节点先在位置A广播其自身的定位信息，收到该信息的节点记录自己的层次为M1，然后转发信息，收到M1层信息的节点记录自己的层次为M2，依次类推，直到全部节点确定了自己的层次；在层次建立的过程中，每个节点只记录第一次收到的信息，并确定自己的层次，忽略掉其他的信息，因此，每个节点相对信标节点位于位置A时的层次信息是唯一的；