[发明专利]一种无线传感器网络节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感领域，尤其涉及一种基于几何特征分析的无线传感器网络节点定位方法。

背景技术

随着微机电系统、片上系统、无线通信和数字电子技术的发展，无线传感器网络作为一种新型的信息获取和处理模式，有着低功耗、低成本、分布式和自组织的特点，具有巨大的应用前景。无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。

对于无线传感器网络来说，定位技术是其功能应用的关键部分，目前也是相关领域技术人员研究的热点。在大多数的无线传感器应用领域中，感知的数据只有在知道传感器位置信息的情况下才是有意义的。同时，明确传感器节点位置可以提高路由效率、为网络提供命名空间、向部署方提供网络的覆盖质量、实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自我配置等。

无线传感网络中的定位算法一般分为基于距离的定位算法和距离无关的定位算法。距离无关的定位算法一般是通过大致估计的单跳距离来进行定位，其定位精度并不高。相比距离无关的定位算法，基于距离的定位算法易于硬件实现，得到了广泛的应用。在基于距离的定位算法的众多测距技术中，RSSI(Received Signal Strength Indication)测距技术的通信载荷和实现复杂度较低，目前被广泛应用。然而在目前的定位技术中，普遍存在定位误差大的难题，而且部分技术对传感器节点复杂度要求较高，定位成本相对也高。

鉴于上述原因，急需一种无线传感器网络节点定位方法，在提高定位准确度的同时，又能降低定位复杂度和计算量。

发明内容

本发明提供一种无线传感器网络节点定位方法，包括以下步骤：

S1、网络中每个锚节点分别广播一个消息，未知节点侦听所述锚节点的消息，并与邻居未知节点交换自身已侦听到的消息；

S2、将所述网络中任意三个锚节点组成三角形，测试所述各三角形中是否包含未知节点，并标记包含未知节点的三角形；

S3、将所述网络均分为若干个网格，且将每个网格赋初始值为0，若网格被所述包含未知节点的三角形部分覆盖或全部覆盖，则将所述网格对应值加1，否则减1；

S4、将各三角形重叠后获取最大值的网格，并获取所述最大值网格中各三角形重叠区域的质心，所述质心即未知节点位置。

优选的，测试所述各三角形中是否包含未知节点的方式为：利用RSSI无线信号强度信息计算节点间的距离，并获取所述未知节点与三角形中任意两个顶点组成的角度，获取三个角度之和，若所述角度之和在（340°，380°）范围内，则判定所述未知节点在所述三角形内部。

优选的，所述无线信号强度信息包括发射信号强度和接收信号强度。

优选的，所述锚节点广播的消息包含所述锚节点标识号、位置、及信号强度。

优选的，在所述网络的初始状态，锚节点个数占所有节点个数之和的比例不低于10%。

优选的，所述网络为各向同性网络，且锚节点与未知节点的通信半径相同。

优选的，锚节点在网络中分布方式为随机分布或规则分布。

与现有技术相比，本发明提供的无线传感器网络节点定位方法，是基于无线传感器网络中传感器节点的信息交换仅发生在节点与其邻居节点间，而网络中节点通常无法移动这一特征。在本发明提供的定位方法中，判断未知节点位置是否处于三角形内部时，只需通过节点自身信息判断，无需与邻居节点进行信息交换。故而对传感器节点复杂度要求较低，定位成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的无线传感器网络节点定位方法流程图；

图2是本发明较佳实施例提供的传感器网络节点分布仿真示意图；

图3是本发明较佳实施例提供的锚节点数量与定位误差关系的趋势图；

图4是本发明较佳实施例提供的锚节点数量与定位误差关系的分析示意图；

图5是本发明较佳实施例提供的锚节点均匀分布与随机分布定位误差曲线对比图；

图6是本发明较佳实施例提供的锚节点比例为20%～50%时的定位误差曲线图；