[发明专利]一种提高移动无线传感器网络节点定位精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高移动无线传感器网络节点定位精度的方法，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

在无线传感器网络的许多应用中，节点的位置信息都是至关重要的。在大多数情况下，传感器节点所采集的数据信息，如果脱离了节点的位置信息，将会变得没有意义。例如，在环境监测应用中需要知道采集的环境信息所对应的具体位置，对于突发事件，如需要知道森林火灾的现场位置，战场上敌方车辆运动的区域，天然气管道泄露的具体地点等。如图1所示，无线传感器网络中的节点常常是随机布撒的，对于上述这些问题，传感器节点必须首先通过定位知道自身的地理位置信息，这是进一步采取措施和做出决策的基础。

无线传感器网络的定位有多种分类方式，按照节点的移动类型，可分为静态无线传感器网络定位和移动无线传感器网络定位。静态无线传感器网络，是指节点保持静止不动的无线传感器网络类型；移动无线传感器网络，则指传感器节点为运动状态时的无线传感器网络类型。

无线传感器网络根据测距方式的不同分为range-based和range-free两种定位方式，也就是基于测距和无需测距两类。通常的测距技术主要有：接收信号强度指示(RSSI，Received Signal Strength Indicator)，到达时间(TOA，Time of Arrival)，到达时间差(TDOA，Time Difference of Arrival)，到达角度(AOA，Angle of Arrival)。位置未知的节点在得到与锚节点之间的距离信息后，采用三边测量法或者极大似然估计法等方法，可以计算出自身的位置。range-based定位精度较高，但是传感器节点依赖于专门的硬件设备，成本较高，而range-free定位无需距离或者角度信息，受环境影响较小，硬件成本低，适合大规模的传感器网络，因此也是目前受到普遍关注的定位机制。典型的静态WSN距离无关的定位算法有质心定位、DV-Hop、APIT、凸规划、MDS-MAP等。

移动无线传感器网络定位根据传感器节点的不同移动类型可以分为三种：

(1)锚节点移动，普通节点静止。这种情况也可称为移动锚节点辅助定位，锚节点在全网内移动，辅助普通节点进行定位，减少网络内的锚节点数量。

(2)普通节点移动，锚节点保持静止。

(3)普通节点和锚节点都移动。

其中第一种移动锚节点辅助定位实际是一种静态定位方式，第二种和第三种是移动无线传感器网络定位。目前移动WSN的定位主要有两类：一类是基于统计方法的定位，主要是基于序列蒙特卡洛(也称粒子滤波)的移动WSN定位；另外一类是非统计方法的移动WSN定位。目前基于序列蒙特卡洛的移动WSN定位研究是一个热点，该方面的定位算法主要有MCL、MCB、MMCL、MSL、range-based-MCL等。

MCL算法是第一个针对WSN移动节点的蒙特卡洛range-free定位算法，该算法的定位精确性没有受到节点移动状态的影响，反而利用节点的移动性提高了节点定位的准确度，同时减小了定位的代价，该成果也说明：序列蒙特卡洛算法能够在存储非常有限，锚节点密度低且网络传输非常不稳的情况下实现移动WSN的精确定位。

在MCL算法的基础上，有人提出了MCB(Monte-Carlo Localization Boxed)算法，如图2所示，待定位节点首先通过接收到的锚节点信息得到一个锚节点覆盖区域——锚盒子，即图2中黑框内区域，然后根据上一时刻采样粒子和最大速度Vmax得到采样盒子，从而把采样区域限制在一个采样盒子里，提高了采样成功率，从而节约了计算量，提高了定位精度，性能比MCL算法有了较大的改善。

发明内容

在移动无线传感器网络定位过程中，会出现锚节点覆盖情况良好从而具有较小的采样锚盒子的节点；也会出现锚节点覆盖情况不佳而具有较大采样锚盒子的节点，这类节点由于采样锚盒子大从而采样区域大，更可能导致定位误差的增大；甚至会出现没有收到任何锚节点信息，从而无法完成定位的节点。针对以上情况，本发明提出了一种提高移动无线传感器网络节点定位精度的方法。

一种提高移动无线传感器网络节点定位精度的方法，方法包括临时锚节点的产生过程，以及临时锚节点协助其他节点进行定位的过程，临时锚节点的产生步骤如下：