[发明专利]一种无线传感器网络定位中高精度距离估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术，特别涉及无线传感器网络定位算法中的距离估计方法，属于无线传感器网络中的定位技术领域。

背景技术

传感器节点在无线传感器网络中往往是随机部署的，所以节点无法确定自身的位置，但对于如灾情报警、环境监控、军情探测等无线传感器网络应用来说，节点位置信息至关重要。一个传感器监测消息如果失去位置信息通常是毫无意义的，因此必须通过一定的算法来实现无线传感器网络节点的自定位。(J.Yick,B.Mukherjee,D.Ghosal.Wireless sensor network survey[J].Computer Networks,2008:2292-2330)

通常情况下，无线传感器网络定位算法分为两类：基于距离的(Range-based)和距离无关的(Range-free)。基于距离的定位算法使用到达时间差或到达角度等方法测量点到点之间的距离；而距离无关的定位算法只利用跳数或网络连通度等信息来得到近似的位置信息，因此它与前者相比在成本和能耗方面具有显著优势。

在众多经典的距离无关无线传感器网络定位算法中，有一类算法的中心思想是：未知节点首先估计自身到多个锚节点的距离，然后通过极大似然估计法或三边测量法等方法计算自身坐标，这一类算法的代表有DV-Hop算法、Amorphous算法等。该类算法的关键问题是如何精确地估计未知节点到锚节点之间的距离，距离估计的精度极大地影响了一个算法的定位精度。

目前针对距离估计精度的优化主要包括赋予距离不同的锚节点不同的权值、采用最小均方误差准则、引入RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)技术等。(1、D.Niculescu,B.Nath.DV based positioning in ad hoc networks[J].Journal of Telecommunication Systems,2003,22(14),pp.267-280.2、刘峰，张翰，杨骥.一种基于加权处理的无线传感器网络平均跳距离估计算法[J].电子信息学报，2008,30(5):1222-1225.3、张爱清，叶新荣，胡海峰，等.基于RSSI每跳分级和跳距修正的DV-HOP改进算法[J].仪器仪表学报,2012,33(11):2552-2559.)。但是由于各项异性网络的特点，上述技术在各向异性的网络中会造成距离估计精度不高，估计距离存在误差的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为无线传感器网络定位提供一种高精度距离估计方法，通过锚节点功率控制技术和邻居节点的分布信息的使用，使得未知节点到锚节点的距离估计的精度提高，并且在各向异性的网络中，依旧能保持良好的距离估计精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无线传感器网络定位中高精度距离估计方法，包含以下步骤：

第一步，构建无线传感器网络，配置无线传感器网络中的传感器节点，所述传感器节点包括锚节点和未知节点；

第二步，由锚节点依次发射不同功率等级的信标信号，所述信标信号中包含该锚节点的身份标识号ID、位置信息以及发射的功率等级；未知节点根据接收的锚节点信标信号中的功率等级计算其相距该锚节点的最短距离：

MinDis=r×(P-1)         (1)

其中，r为未知节点的通信半径，P为未知节点接收的锚节点信标信号中的功率等级，P=1,2...n，n为最大功率等级；各功率等级所对应的通信半径为r×P；

第三步，由未知节点计算其相对该锚节点的外环节点数，所述外环节点数是指该未知节点的邻居节点中相对同一锚节点且功率等级+1的节点的个数；

第四步，未知节点根据第三步得到的外环节点数，以及预先储存的外环节点数与相对距离关系对应表得出相对距离，再将相对距离与第二步得到的最短距离相加计算出自身距锚节点的估计距离。

进一步的，本发明的一种无线传感器网络定位中高精度距离估计方法，在第二步中：未知节点只储存来自不同锚节点的功率等级最小的信标信号，根据该信标信号中的功率等级计算其相距该锚节点的最短距离。

进一步的，本发明的一种无线传感器网络定位中高精度距离估计方法，所述第三步具体步骤如下：