[发明专利]大规模分布式无线传感器网络的分级几何约束定位方法

摘要

本发明公开了一种大规模分布式无线传感器网络的分级几何约束定位方法，通过对几何约束信息分级，寻找节点所处的最小可行区域，在最小可行区域的基础上进行三角形内点测试法位置修正，达到提高网络节点定位覆盖率和平均定位精度的目的，改善APIT定位方法中的不可定位问题和定位精度缺失问题。本发明改进的APIT定位方法，在相同网络场景下平均定位精度提高15%-20%；在获得相同系统定位精度需求的情况下，更能节省网络部署成本；在信号各向异性环境中性能表现更为稳定。

主权项

1.一种大规模分布式无线传感器网络的分级几何约束定位方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）网络部署已定位信标节点和待定位未知节点随机部署于二维监测区域内，其中，未知节点发射功率为P_U，信标节点发射功率为P_B，对应的通信圆半径分别为R和r；（2）信标节点功率分级信标节点根据通信圆半径比r/R确定分级级数将信标节点发射功率P_B划分为与发射半径r＝{R,2R,...,k_mR}对应的分级发射功率集合在每个发射功率等级下向邻居节点广播信标分组，携带自身标识号ID、位置信息以及发射功率级k；（3）分级几何约束信息收集未知节点根据收到的信标分组信息，创建并维护邻近信标节点表，记录邻近信标节点位置、标识号ID、发射功率级k和接收信号强度信息RSSI；若存在来自同一个信标节点的多个信标分组，保留发射功率级最小的信标分组记录；（4）最小可行区域估计未知节点以发射功率等级升序为主、接收信号强度降序为辅的方式，对其邻近信标节点排序，将序列中首个信标节点的边界盒作为基础可行区域，依顺序对信标节点进行分级边界矩形估计，估计过程中忽略导致区域不存在的信标节点的影响；对最小边界矩形网格扫描求精后，获取最小可行区域，其质心作为节点初步估计位置；（5）初步估计位置有效性判定未知节点根据最小可行区域的边界矩形大小，判断节点初步估计位置的有效性；若最小可行区域满足应用精度需求，承认节点初步估计位置的有效性；否则，判定节点初步估计位置无效；（6）邻居关系和位置信息交换未知节点向邻居节点广播信标分组，携带邻近信标节点表、节点自身初步估计位置信息；接收节点根据收到的信标分组，创建并维护邻近信标节点组合表和邻居节点位置信息表；对初步估计位置有效的未知节点进行步骤(7)的条件判决，初步估计位置无效的未知节点转至步骤(8)；（7）初步估计位置精确性判定初步估计位置有效的未知节点，统计邻居节点位置信息表中非空的邻居节点和1级信标节点，若满足条件的邻节点存在，且其中一半以上的邻节点估计位置与未知节点估计位置满足应用精度需求，那么初步估计位置无须修正，将初步估计位置作为节点位置，定位过程结束；否则判定初步估计位置不够精确，进行步骤(8)；（8）APIT测试法位置修正初步估计位置精确度太低或者初步估计未知无效的未知节点，若邻近信标节点个数与邻居节点数满足三角形内点测试条件，进行三角形内点测试修正，对构成最小可行区域的网格块进行网格扫描判定，将累计数值最高的网格块区域质心作为节点修正位置。