[发明专利]基于信息度量的移动传感器网络主动定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用移动传感器节点可控的移动性实现移动传感器网络定位的方法，属于无线传感器网络定位技术领域。

背景技术

微机电技术、数字电子技术以及无线通信技术的迅猛发展，使得部署传感器网络完成信息的获取成为可能。与单个传感器相比，传感器网络具有明显的优势，如传感信息互补、鲁棒性更强、覆盖范围更大、及成本相对低，而且，移动传感平台，如无人驾驶飞机、水下机器人和无人驾驶车辆等，能够在人类无法到达的恶劣环境下自主移动，收集感兴趣的信息。对于许多应用场合，如废墟搜救、环境检测、目标检测/跟踪、军事侦察系统等，‘移动性’使得传感器网络的能力大大加强，‘移动性’能够大大地改善传感器网络信息收集的能力、提高对于动态环境和网络本身不可预知变化的自适应性、并能够提供对于故障的鲁棒响应能力。

定位是无线传感器网络的一个基本问题，只有当传感器节点的位置信息已知时，它所收集的信息才有意义。而且，传感器节点的位置信息可以节省路由的花费并能够增强网络的安全性。

在每一个传感器节点上安装一个GPS接收器可以解决无线传感器网络的定位问题，但是，对于大规模无线传感器网络，花费巨大；并且，GPS设备要求额外的空间和能量消耗，对于传感器节点而言，空间和能量是非常宝贵的资源；在许多应用场合，可能只有有限数目的传感器节点配置有GPS接收器或其他定位设备，或者整个网络根本没有任何特殊的定位设备。研究者们已经研究出了许多定位算法，获得不同应用场合下传感器节点的位置信息。

基于种子节点(配置有定位设备的传感器节点，定位设备一般指GPS接收器)的定位算法根据少量的种子节点的位置信息计算大量的普通传感器节点(没有配置有定位设备的传感器节点)的绝对位置信息；无种子节点的定位算法应用于网络中没有种子节点的情况，应用节点间的距离信息或者跳数获得传感器节点之间的相对位置信息。基于距离的定位算法依赖特殊的硬件设备获得的距离或角度观测，利用三边测量法、三角测量法或多边测量法计算传感器节点的位置信息；无距离信息的定位算法只利用来自种子节点的信息(如种子节点的位置或跳数)，对普通传感器节点的位置进行估计。无线传感器网络的定位算法有集中式和分布式的结构体系，集中式能够提供更精确的位置估计，但是计算复杂性和通讯量大；分布式对于大规模的传感器网络更易于扩展，灵活性更强。

研究者们已使用移动种子节点帮助普通传感器节点获得位置估计，2004年《Proceedings of IEEE International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems》(IEEE移动传感器系统国际会议论文集)在174-183页发表的论文《Localization of wireless sensor networks with a mobile beacon》(应用移动种子节点实现无线传感器网络定位)和2005年《Proceedings of the 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies》(IEEE计算机和通讯协会年会论文集)在172-183页发表的《Mobile-assisted localization in wireless sensor networks》提到，移动性可以帮助普通传感器节点获得更多的信息；移动种子节点在环境中移动，同时定期性地广播当前的位置信息，一个移动种子节点可以起到多个静止种子节点的作用，降低了用于种子节点的花费。2007年《Computer Communications》(计算机通讯)在30(13)：2577-2592页发表的《Path planning of mobile landmarks for localization in wireless sensor networks》(用于无线传感器网络定位的移动种子节点的路径规划)发现移动种子节点的运动轨迹会影响到传感器网络的定位精度，然而并没有考虑如何直接面向提高定位精度和定位效率的目的设计移动种子节点的运动轨迹。