[发明专利]基于非等厚球壳的无线传感器网络三维节点定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及基于非等厚球壳的无线传感器网络三维节点定位方法。

背景技术

节点定位技术是无线传感器网络中的核心技术之一，在目标追踪、事件监测、定位路由、战场定位等诸多领域应用广泛。三维节点定位方法根据节点定位过程中是否需要测量节点间的实际距离或角度，可分为基于非测距的定位方法和基于测距的定位方法。基于非测距的定位方法通过锚节点与普通节点间网络拓扑关系，利用划分球壳、空间等手段来缩小定位范围，利用最小跳数或者质心算法进行非测距定位，该方法对节点连通度要求较高，对锚节点密度要求较高，当节点密度较低时对定位误差影响巨大，不适合大规模无线传感器网络定位；基于测距的定位方法分为测距阶段和计算节点坐标两个阶段，测距阶段需要普通节点通过与至少四个锚节点通信测定锚节点与未知节点之间的距离或者角度，计算节点坐标阶段则采用四边测量法计算出节点的三维位置，该方法定位精度相对较高，算法复杂度低，对锚节点设备要求不高。

基于测距的定位方法，其定位精度与两节点间接收到的信号强度有关，而接收信号强度会受到信号传输不规则性DOI的影响，DOI是指信号在360个传播方向上每一度的最大通信距离变化量，它将导致信号在不同的传播方向上会有不同的传输半径，随着节点间距离的变化，不同方向上的信号传输距离起伏很大，系统中的非对称链接比例也会随之变化。目前存在的三维定位方法大多基于理想环境，认为信号按接收信号强度大小逐级呈球形传输，没有考虑由于信号传输不规则性对信号传输的影响。近年来，在非理想环境下的三维节点定位方法越来越受到学者们的重视，在非理想环境下信号近似以一个不规则的薄球壳形式传输，即信号传输具有严格的上下界，信号介于上界和下界之间呈现不规则的传输特性，这使得目标节点在接收到锚节点发出的相同功率值时，所对应的两个节点间距离发生变化，无法利用信号强度计算出锚节点到目标节点的准确距离，一些学者假设信号传输距离的上界及下界变化率相同，从而确定信号传输范围，该方法虽然将测距算法与非理想环境联系起来，但是，该方法选仅适用于节点所处区域DOI值相同的环境，由于信号传输距离、环境的改变，当DOI取值不同时对信号传输影响不同，信号不规则传输的程度不同，导致锚球壳厚度不同，而选取固定的DOI值显然带来一定的定位误差，该方法缺少算法对复杂环境的感知，使其不具有对环境的适应性。

发明内容

本发明的目的是，针对信号传输不规则性DOI对信号传输的影响及目前算法仅在相同DOI条件下应用的不足，提出一种科学合理，适用性强，能够适用于复杂环境下的三维节点定位的基于非等厚球壳的无线传感器网络三维节点定位方法。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于非等厚球壳的无线传感器网络三维节点定位方法，其特征是，它包括以下内容：

1)节点球壳厚度计算

所述节点球壳厚度计算是依据目标节点接收到的锚节点发出的信号强度值，利用信号强度及距离的关系计算出理想状态下目标节点与锚节点之间的距离，结合节点处不同DOI对信号传输的影响，确定锚节点传输的内球壳半径与外球壳半径，用公式表示为：

R′＝R·10^(k·DOI),其中