[发明专利]高精度AOA分簇定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的高精度AOA分簇定位方法。

背景技术

1992年AT&T Laboratories Cambridge开发出室内定位系统Active Badge。迄今为止，各种各样的定位算法层出不穷，每一种定位系统和算法都用来解决不同的问题或支持不同的应用。

根据定位算法的算法是否需要测距来分，定位算法可以分为range-base和range-free俩种；根据算法中对节点位置的计算方式，可以分为集中式定位和分布式定位。其次还可以根据算法的功能来分，比如水下定位，室内定位，室外定位等。

range-based常用的测距技术有RSSI、AOA、TOA、TDOA。RSSI(receive signal strength indicator)功率低、成本低，但是容易产生较大误差。AOA(angle of arrive)需要额外的硬件，同时可能受信号折射的影响。TOA(Time of arrive)需要节点之间精确的时间同步，不仅会增加硬件的消耗，而且很容易因环境造成错误。TDOA(Time different of arrive)需要额外的硬件来发射与信号不同步的介质，通常为超声波。受外界影响十分大，而且这种方式的传播距离不广，需要密集部署。为了减少这些算法的误差，一般采用多次测量，以及循环求精定位。所以一般来说，range-based的算法都不适用于低功耗、低成本的领域。

Range-free的定位方案有DV-Hop、凸规划、分簇算法等。

DV-Hop定位算法是由美国罗格斯大学的Dragos Niculescu等人提出的，基本原理是通过洪泛的方式向整个网络传播位置信息和跳数信息，其中信息发起的节点位置为0，然后根据跳的数量，乘以平均跳数距离，得出每个节点到信息发起节点的距离。然后通过三边定位或者最小二乘法得出该节点的坐标值。

凸规划定位算法属于集中式定位算法，加州大学伯克利分校Doherty等人将节点间点到点的通信连接视为节点位置的几何约束，把整个网络模型化为一个凸集，从而将节点定位问题转化为凸约束优化问题，然后使用半定规划和线性规划方法得到一个全局优化的解决方案，确定节点位置。

分簇算法，就是先将各个节点划分成簇，并通过轮换机制将各个簇的簇首更换，这样可以使得能量消耗更为均衡，利用率更高，然后通过相对坐标的方式，得出所有节点的坐标。但是这样仍然具有的缺点就是，因为每个簇是在各自的簇内进行定位，一旦产生误差，最后的误差也会越来越大。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速、又高精度的定位算法，应用AOA测距算法、分簇算法进行混合设计，发明一种适用于要求多节点，快速部署，高精度，自动管理的无线传感网络。

为实现上述目的本发明的具体方案如下：

一种高精度AOA分簇定位方法，使用分簇算法对节点群进行分簇，然后在簇内进行簇首选择，新加入的节点自动选择最近的一个簇加入，每个节点内部都根据信号发射方向进行角度测量，完成上述步骤之后根据AOA测距算法计算两节点之间距离，然后获取相对坐标，由簇首发送到总簇首汇总后计算出事实坐标。

优选的，所述的高精度AOA分簇定位方法包括以下步骤：

1)发送广播，确定自身与周边所有锚节点的连通；

2)在一个圆形区域内，选取一个节点作为坐标原点，如果存在两颗或以上的条件相同的节点，则自动选取这几个节点的中心点作为坐标原点，当确定了总簇首之后，从簇总节点再次广播；

3)根据簇总节点位置，周边节点自动划分所属的簇，随机从边上选取距离1～3个跳的节点作为簇首；

4)确定所有簇首之后，再次广播，获取所需角度，以AOA算法确定与簇相邻的节点的位置信息，然后以类似广播的方式，将所有节点的位置信息计算出来；

5)由最开始知道的总簇首坐标，每个节点自己测试自己与簇首，总簇首的夹角，并由此得出该坐标的数据，与原来的数据一起取平均值；

优选的，所述步骤3)中分簇算法如下：

31)d(S＝S1)节点N(d)＝{a，b，c，g}，此时簇内有{d}；

32)若a(S＝S0)，则将a划分到N(d)里，簇内有{d，a}；

33)若b(S＝S0)，则将b划分到N(d)里，簇内有{d，a，b}；

34)若c(S＝S1)，则将c划分到N(d)里，簇内有{d，a，b}；

35)若是g未被分簇，若g(S＝S3)，则取消该划分，簇内有{d，a，b}；