[发明专利]用于分布式无线传感网络的节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网络领域，具体涉及一种用于分布式无线传感网络的节点定位方法。

背景技术

在大规模无线传感器网络应用中，位置信息在解析传感器数据，改善路由性能以及目标跟踪等功能上起到关键作用。

然而，受成本、功耗等问题的制约，网络中只有少数节点能配置如 GPS接收器等定位装置。因此，我们考虑使用分布式定位算法，节点只需与邻近节点进行测量和通信，就能通过一定的计算方法得出自己坐标的估计值，从而大幅减少网络资源占用，充分使用本地计算资源。

例如公开号为101820676A的专利文献公开了一种传感器节点定位方法,包括:在待定位节点处收集通信范围内各个信标节点的位置信息，以得到各个信标节点的位置信息集；由待定位节点将所述位置信息集广播给所述各个信标节点；各个信标节点根据所述位置信息集分别独立地运行粒子群算法，以分别得到对应的最优粒子位置信息；以及待定位节点对最优粒子位置信息进行检测,以确定待定位节点的坐标位置。该方法可以显著减少待定位节点的计算消耗。

由于传感器成本较高等原因，相对于测距定位，使用到达角测量数据的设备价格昂贵。而且由于存在测量误差，角度测量对噪声的鲁棒性比距离测量要更差。因此，研究基于距离信息的分布式定位算法，在无线传感器网络自身定位领域具有重大的应用意义。

现有的使用重心坐标进行分布式定位算法，一般假设待定位节点是位于其邻居节点的凸包内的。但在实际环境中，由于环境的异质性等原因，会出现节点无法落在邻居节点凸包内的情形。面对这种情况，现有的基于重心坐标的分布式定位算法会出现无法收敛，甚至无法正常执行的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于分布式无线传感网络的节点定位方法，该节点定位方法针对待定位节点不一定位于邻居节点凸包内的无线传感器网络，提出了一种新的分布式定位算法。

在分布式信息交互的基础上，本发明使用的是可保证全局收敛的线性迭代算法，相对于求最优的智能算法，进一步减少了计算量并且避免了局部最优的问题。

针对现有的基于重心坐标分布式定位技术的空缺，本发明目的在于提供一种新的分布式无线传感器网络的节点定位方法，能有效降低网络的通信量，适用于更多不同的网络拓扑情形，而且收敛速度较快，收敛精度较高。

一种用于分布式无线传感网络的节点定位方法，所述的分布式无线传感网络中的传感器节点中包括锚节点和未知节点，锚节点上设有GPS定位装置，能够通过GPS进行自定位，未知节点没有GPS定位，需要根据锚节点的位置关系进行定位。

进行节点定位方法时，未知节点通过如下方法进行定位：

步骤1：针对每个未知节点确定该未知节点的邻居节点，并计算各个未知节点与自身每个邻居节点的距离及距离权重；

步骤2：根据分布式无线传感网络所有未知节点与各个邻居节点的距离权重确定各个未知节点的迭代步长；

本发明中设定所有未知节点的迭代步长的取值范围为其中：

M为系统矩阵，M根据所有未知节点的所有距离权重计算得到，

Σ为系统噪声协方差矩阵，Σ为由各个未知节点的噪声协方差平方组成的对角阵，

λ_max(X)表示求矩阵X的谱半径，也即X特征值的模的最大值，此处 x＝M^T∑^-lM。

步骤3：在设定的时间段内，从初始时刻所有传感器节点的位置开始，根据所有未知节点与各个邻居节点的距离权重以及迭代步长对各个未知节点进行循环迭代定位，并以最后一次迭代定位的结果作为各个未知节点最终的定位结果。

所述锚节点的个数大于或等于3，且小于总传感器节点数的25％。

本发明的节点定位方法中要求定位网络中存在至少一个未知节点时，要求锚节点数目大于或等于3，网络通信形成的拓扑图为无向图，且满足每一个未知节点到锚节点集合都存在三条不同的路径的条件，即每个位置节点至少存在3个互为邻节点的邻居节点(三个邻居节点彼此相邻)。

所述步骤1中通过如下方法确定未知节点的邻居节点：

所有传感器节点进行首次广播，若未知节点l能接收到传感器节点i发送的广播包，则认为传感器节点i与未知节点l相邻，为的邻居节点。

每个未知节点根据依据信号衰减原理根据接收到的广播包的强度衰减情况计算其与各个邻居节点的距离。