[发明专利]一种基于分簇的非规则Ad hoc网络节点自定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分簇的非规则Ad hoc网路节点自定位系统，属于无线网络定位技 术领域。

背景技术

Ad hoc网络的前身是分组无线网(Packet Radio Network)，早在1972年，美国DARPA 就启动了分组无线网项目PRNET，研究如何在战场环境下利用分组无线网进行数据通信。在 此之后，DARPA于1983年启动了高残存性自适应网络项目SURAN(Survivable Adaptive Network)，研究如何将PRNET的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络。1994年，DARPA 又启动了全球移动信息系统GloMo(Global Mobile Information Systems)项目，旨在对能 够满足军事应用需要的、可快速展开的、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究。成 立于1991年5月的IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描述这种特殊的自 组织、对等式多跳移动通信网络，Ad hoc网络由此诞生。IETF也将Ad hoc网络称为MANET (移动Ad hoc网络)。

与其它传统的通信网络相比，Ad hoc网络具有以下显著特点，主要包括：无中心和自 组织性；自动配置；动态变化的网络拓扑；受限的无线传输带宽；移动终端的局限性；安全 性较差；网络的可扩展性不强；多跳路由；存在单向的无线信道；特殊的信道共享方式；供 电问题突出等。

基于Ad hoc网络的无线自定位技术是目前研究的重点问题之一，其意义在于移动终端 的位置信息可以作为军用通信及各作战单位协同作战的依据；可以解决工程应用中传感器的 定位问题；可以应用于医疗急救及一些突发性事件；还可以用于开发基于位置信息的无线Ad hoc网络路由协议。

一般的无线节点自定位过程可分为三个阶段，如图1所示：

(1)测量移动节点之间的距离。节点的定位问题一般采用三边测量法计算，因此距离 的测定十分重要。可以利用传统的距离获取方法(如TOA[10]、TDOA等)计算每对移动节点 之间的距离；也可以通过AOA的方法获得角度信息，再应用三角测量定位的方法计算距离； 或者利用线性规划的方法，根据RSSI[11]测量的节点之间的关系确定节点间距离。

(2)确定节点的坐标系统。无论是基于距离测量的定位方法的还是与距离无关的定位 方法都需要建立一个全局统一的坐标系统，以确定节点的二维或三维位置坐标。

(3)计算节点位置。可以根据第一步测量的信息采用相应的定位算法，如三边测量定 位算法、三角测量定位算法或最大似然估计法等。

典型的无线自定位系统可分为以下三类

(1)基于距离的定位算法和与距离无关的定位系统

根据定位过程中是否测量实际节点间的距离又可分为：基于距离的(Range-based)定 位和与距离无关(Range-free)的定位。前者需要测量相邻节点间的绝对距离或方位，并利 用节点间的实际距离来计算普通节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而是 利用节点间的估计距离计算普通节点位置。

(2)递增式的定位算法和并发式的定位系统

根据节点定位的先后次序不同，又可分为：递增式(Incremental)定位和并发式 (Concurrent)定位。递增式的定位通常从锚节点开始，锚节点附近的节点首先定位并依次 向外延伸，然后各节点逐次进行定位。递增式定位的主要缺点是定位过程中会累积和传播测 量误差。并发式的定位算法中所有的节点同时进行位置计算。

(3)基于锚节点的定位算法和无锚节点的定位系统

根据定位过程中是否使用锚节点又可分为：基于锚节点的(Beacon-based)定位和无锚 节点(Beacon-free)的定位。前者在定位过程中以锚节点作为定位基准节点，各节点定位 后产生整体统一的坐标系；后者只关心节点间的相对位置，在定位过程中无需锚节点，各节 点先以自身作为基准节点，将邻近的节点纳入自己的坐标系中，相邻的坐标系统依次转换合 并，最后产生全局的坐标系。

典型的无线自定位算法主要有：