[发明专利]一种无线传感器网络的垂直相交定位算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的垂直相交定位算法。

背景技术

无线传感器网络(WSNs)是由许多传感器节点通过自组织的形式组成的一种特殊的Ad-hoc网络，每一个传感器节点由数据采集模块、数据处理和控制模块、通信模块和供电模块等组成，此外还可能包括与应用相关的其他部分，比如定位系统、动力系统等。借助于内置多样的传感器，可以测量温度、湿度、气压、化学及物理现象。由于无线传感器网络在军事、医学、环境保护等领域有着非常广阔的应用前景，受到众多国家科研机构的重视。

传感器节点的自身定位是传感器网络应用的基础。例如目标监测与跟踪、基于位置信息的路由、智能交通、物流管理等许多应用都要求网络节点预先知道自身的位置，并在通信和协作过程中利用位置信息来完成应用要求。若没有位置信息，传感器节点所采集的数据几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的应用中，节点的定位成为关键的问题。位置感知常常需要以预配置计划、GPS的使用或其他技术为代价。廉价的传感器网络通过GPS或者其他类似的技术来测量所有节点的位置代价太高，是不合适的。试图快速配置由大量低价传感器节点组成的网络是不切实际的。由于其重要性与特殊性，传感器节点定位是近年来一个很活跃的研究领域，并且提出了很多解决方法。

节点的定位需要通过估测到临近节点的距离来推断，定位算法最重要最基本的问题是判断那些能利用信标计算出位置的传感器节点之间的距离。信标是那些位置可在当前计算(采用GPS或人工设置等)中得知的节点，其他的节点称为非信标节点。由于定位所需要的信标数量大、价格贵、精确性低和能量消耗高，研究一些基于移动信标的新的定位方法成为迫切需要。

信标节点通过某种措施(如带有一个GPS装置或人工设置等)可以获得自身位置。如果在彼此的感知范围内，传感器节点与信标之间的距离能够通过直接测量获得，否则利用某种近似算法估测传感器节点与信标间的距离。但是这种方法的缺点是移动信标的轨线并没有定义好。就定位精度而言，移动信标的轨线直接影响这些方法的性能。

定位最常用最经济的方法就是利用移动信标强度指示(RSSI)。已知发送节点的发送信号强度，接收节点根据收到的信号强度，计算出信号的传播损耗，利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离，再利用已有的算法计算出节点的位置，这样产生的误差较大，对定位的精度有一定的影响。中国专利CN101155198公开了一种基于超宽带的无线传感器网络节点定位方法，用超宽带作为无线传感器节点的通信介质，通过正常的数据包收发测得节点对之间的无线信号强度指示值，采用非度量多维标度技术直接利用节点间的无线信号强度指示值进行定位。其中定位算法分为三大阶段：以簇为单位的局部相对坐标图定位阶段、局部图合并为全局相对坐标图阶段和相对坐标图到绝对坐标图的转换阶段。但是此发明需要以超宽带为通信介质，局部图的合并和全局相对坐标转换为绝对坐标易造成一定误差，算法较复杂。

尤其在目前，在国家科教兴国的方针指导下，随着我国经济以及科研活动的需要，海洋科研研究越来越凸显出其重要性。在海洋环境中，由于海洋情况的复杂性和水上实施节点的困难性，造成了传感器节点在海洋上定位精度要求更高。如何简化传感器定位算法，以及实施难度和经济性，成为了研究的重要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决无线传感器网络中随机分布的传感器节点的定位以及克服传统算法中定位误差较大等问题。本发明提供了一种无线传感器网路的垂直相交定位算法，它是以一个知道自身位置的移动信标为前提的，传感器节点接收信标信号并利用几何学方法来计算各自所在的位置。本发明用一个移动信标就能够精确计算出节点的位置，因此改善了系统的可扩展性和可用性，并且降低了对于硬件的要求，节省了成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的方法具体步骤如下：

步骤1：将整个网络中所有节点所在的平面用若干条线路划分为多个虚等边三角形，每条线路连接起来是移动信标在整个网络中的轨迹，线路宽度为虚等边三角形的高。

步骤2：移动信标沿着一条轨线移动，并不断广播信号，在移动信标传播范围内的节点要判断自己属于哪个虚三角形，并计算出自身位置。

步骤3：移动信标沿着其轨线从一个线路移动到另一个线路，直到网络中所有节点都定位为止。