[发明专利]一种基于正交投影能够检测无线传感网络节点翻转模糊的定位器

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络的节点定位领域。

背景技术

无线传感网络(Wireless Sensor Networks, WSN)节点定位是当前的研究热点之一。WSN的节点定位方法通常可以划分为基于测距和基于非测距的两种方法。其中基于测距的方法，由于定位精度高在节点定位中被广泛采用。不过该方法存在从已知的数据所估计位置信息的非唯一性问题，也就是在定位中将出现节点的翻转模糊问题。而且，基于测距的定位方法在实际定位中，如果发生翻转模糊，就可能产生节点定位的雪崩效应，导致整个网络节点的定位失效。因此，有必要采取一定的措施去检测节点翻转模糊是否会发生，从而减小其对整个网络定位过程的影响。

目前主要采用鲁棒四边形的方法来检测节点定位的翻转模糊问题。该类方法通过判断未知节点和三个参考节点组成的一个四边形是否满足一定的几何条件，来确定未知节点的定位不发生翻转模糊的鲁棒性。大多数鲁棒四边形方法只适用于采用三个参考节点的三边定位。相对于三边定位方法，使用多于三个参考节点的多边定位方法更能得到较小的平均定位误差，因此在基于测距的无线传感网络的节点定位中，大多采用多边定位方法。目前针对多边定位中节点翻转模糊问题的研究还是非常少，虽然有些鲁棒四边形方法也能用于多边定位，但是其计算复杂度大，而且判断效果较差。而将翻转模糊问题等价为判断是否存在一条直线和若干圆（以参考节点为圆心，以参考节点到未知节点的测距误差绝对值的最大值为半径）都相交（Existence of Intersecting Line，EIL）问题，是目前判断效果较好的一种用于多边定位中节点翻转模糊的检测方法。不过，目前求解EIL问题采用的公切线法，其计算复杂度太大。

发明内容

针对当前公切线法求解EIL问题计算复杂度较高的缺陷，本发明提供了一种基于正交投影能够检测无线传感网络节点翻转模糊的定位器。此定位器中在定位过程中加入了检测节点翻转模糊的措施，并利用正交投影的方法，将EIL问题等价为在二维空间中寻找一条满足任意两个参考节点的测距误差圆在它上面的投影线段有重叠部分的直线问题，能够降低检测节点翻转模糊的计算复杂度。本发明是通过以下技术方案实现的：

将寻找满足上述条件的直线问题转化为一个角度计算问题，并利用坐标变换的方式求解。将翻转模糊检测加入到无线传感网络的节点定位过程中，最后用多边定位方法对未知节点进行定位。

具体实现过程如下：

1．无线传感网络的节点定位中的翻转模糊问题描述

节点定位的翻转模糊问题的发生指的是当参考节点间的位置几乎共线时，由于测距误差的存在，导致未知节点的定位存在两个关于某一条直线成镜像关系的估计位置。图2是节点的翻转模糊示意图，图中节点A、B和C是位置已知的参考节点，                                                、和分别是他们到未知节点的测量距离。以B、C两点为圆心，分别以和为半径画两个圆。未知节点的位置必然在两圆的交点D或D′上，且关于直线BC对称。假设待定位的未知节点位置为D，A到D和D′两点的距离分别为d_ad和d′_ad。测量距离用来选择未知节点的估计位置，其选择的标准是更接近d_ad（选择D）还是更接近d′_ad（选择D′）。当A、B、C三点几乎共线时，d_ad和d′_ad相差不大。由于测距误差的存在，就有可能错误地选择D′作为未知节点D的估计位置。如果让这种错误定位的未知节点参与其它未知节点的定位，可能导致整个网络节点的定位失效。

2. EIL问题