[发明专利]基于跳数的无线传感器网络节点定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别是涉及一种基于跳数的无线传感器网络节点定位方法及系统。

背景技术

无线传感器网(WSN：Wireless Sensor Network)络被《MIT技术评论》列于十种改变未来世界新兴技术之首，美国《商业周刊》预测WSN将会在不远的将来掀起新的产业浪潮，我国未来20年预见技术的调查报告，信息领域技术课题中有7项与WSN直接相关，2006年发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术确定了三个前沿方向，其中两个与WSN的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术，具有广阔的市场应用前景。

在无线传感器网络中，采集的感知信息只有知道坐标位置才有实际的应用价值，因此节点定位问题成为一个关键技术之一。根据定位机制，无线传感器网络自身定位方法算法分为两类：基于测距定位算法和无需测距定位算法，前者需要通过一些测距技术测量节点间点到点的距离信息，后者无需距离信息，仅用节点间的估计距离计算节点的自身位置。基于测距的定位算法定位机制对网络的硬件设施提出了较高的要求，这类算法在获得相对精确定位结果的时候，都要产生大量的计算和通信开销。常用的测距方法有SRRI、TOA、TDOA和AOA。RSSI虽然符合低功率、低成本的要求，但有可能产生±50%的测距误差；TOA需要节点间精确的时间同步，无法用于松散耦合型定位；TDOA技术受限于超神波传感距离有限和NLOS问题对超声波信号传播的影响；AOA也受外界环境影响，而且需要额外硬件，在硬件尺寸和功耗上可能无法用于传感器节点。无需测距的定位算法有质心算法、凸规划算法、DV-hop等典型算法，由于低成本、相对定位精度高，取得了广泛的应用。但质心算法要求信标节点密度要高，并且成规则的网格状分布，否则定位误差较大。

DV-distance算法计算待定位节点到锚节点的距离是以分段距离之和代替直线距离，适用于各向同性网络，在网络不够密集的情况下，定位节点到锚节点的跳数增多，折线距离与直线距离的误差明显增大；其次，网络中各节点具有记录到各锚节点的折线信息，同时具有计算到锚节点跳数的能力，而DV-distance算法没有利用跳数信息来约束距离修正值，并且没有考虑网络中某些节点路径一致的问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于跳数的无线传感器网络节点定位方法及系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于跳数的无线传感器网络节点定位方法及系统，解决了利用现有技术计算待定位节点时，存在的误差较大的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种基于跳数的无线传感器网络节点定位方法，所述方法包括:

S1、各锚节点进行第一次广播，通过泛洪的方式向整个网络传递锚节点的坐标及跳数信息，每个锚节点获取其他锚节点的坐标及跳数信息，每个未知节点获取距离最短的锚节点的坐标及跳数信息；

S2、根据每个锚节点与其它锚节点位置和相隔跳数计算网络中平均每跳距离，并将平均每跳距离作为一个校正值广播至网络中；

S3、各锚节点进行第二次广播，将校正值继续以泛洪的方式在网络中传递，未知节点获取距离最短的锚节点的校正值作为该未知节点的平均每跳距离，并计算未知节点到锚节点的距离；

S4、通过最小二乘法计算未知节点的坐标。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中“各锚节点进行第一次广播”具体包括：

锚节点向邻居节点广播一个信标，所述信标包含该锚节点的坐标以及跳数信息，跳数的初始值为1；

邻接节点接收到信标后，将跳数加1后向非来源方向的邻居节点继续广播；

若某未知节点多次收到某个锚节点发出的信标，只保留含有最小跳数信息的信标，丢弃其它信标。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中锚节点的平均每跳距离的计算公式为：