[发明专利]网络定位中基于联盟博弈的功率分配方法

说明书

本发明公开了一种网络定位中基于联盟博弈的功率分配方法。该功率分配方法主要包括如下过程：以几何精度因子作为定位精度的性能指标，在节点功率分配满足一定公平性原则的前提下，构建了基于联盟的无线传感器网络定位功率消耗优化模型，并给出了几何精度因子的具体表达式；针对几何精度因子值计算复杂的问题，通过设计联盟博弈的形成算法、求解该优化模型的效用函数，提出优化模型的改进模型。在保证定位精度的前提下，以双面双边测距协议为基础，提出了一种求解联盟和功率分配的分布式测量方法。本发明方法可应用于无线传感器网络定位阶段的功率分配优化问题。

技术领域

本发明涉及一种网络定位中基于联盟博弈的功率分配方法。

背景技术

物联网是在互联网基础上通过延伸和扩展至“物-物”之间的信息交互和通讯的新型网络。由于物联网中对“物”的信息感知和采集、跟踪、操控以及信息交互均与节点的地理位置信息紧密相关，故以实现精准位置信息获取的定位技术理所当然的成为了一个非常重要的研究课题，是物联网的重要技术基础。除此之外，许多其他技术往往也需借助定位技术获取物体的即时位置信息，由此衍生出了一系列基于位置信息的物联网应用。如在交通、物流等领域，由于目标物体的位置实时变化，感知设备采集的其他信息通常要与位置信息关联才有价值，“物”节点采集信息以及相应的信息交互过程都与节点位置信息密切相关，因此，定位技术也是智能交通、物流等领域的重要技术基础，并在这些领域得到了广泛的应用和发展。

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)是将分散且独立的传感器节点通过无线方式连接起来组成的分布式网络，其中的每个网络节点分别通过双向无线传输与一个或多个传感器进行通信以完成各种参数的感知测量。一般的传感器节点包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块，如图1所示。其中，传感器模块包括传感器和数据转换模块，传感器模块用于收集并实时检测环境中的数据，把模拟信号转换为数字信号；处理器模块包括处理器和存储器，用于保存并处理接收到的数据；传感器节点之间通过无线通信模块进行通信，完成信息的交互；传感器节点通常使用微型电池进行能量供应。

无线传感器网络作为物联网实现“全面感知”的重要技术手段，在物联网应用中发挥着非常重要的作用。无线传感器网络具有移动性、电池能量有限、通信带宽低、大规模部署、使用寿命有限等特点。无线传感器网络的工作原理可以描述如下：从网络中感应、测量和采集信息；基于相应的决策过程，把得到的信息传输到汇聚节点；然后由汇聚节点接收到的这些信息进行相应处理并转发给用户，为用户的操作提供数据支持。

无线传感器网络中的节点按照节点位置信息可以分为已知与未知两类。其中，已知位置的节点称为源节点或锚节点，位置未知的节点称为目标节点。锚节点的位置信息通常可以利用GPS等定位系统或其他方法预先确定，而目标节点的位置信息需要借助于锚节点的已知位置信息来估计。由于无线传感器网络的特点，在无线传感器网络实际应用中，往往只有少数功能较为强大的网络节点作为锚节点，其他节点均属于目标节点，因此确定无线传感器网络中目标节点的位置信息是无线传感器网络所需具备的一项基本功能。因为基于无线传感器网络的应用一般都需要知道传感器节点的位置信息，否则感知的对象信息常常无效，故目标节点的定位也是无线传感器网络各种应用的基础。

无线传感器网络中节点位置信息的估计可通过无线定位的方式来实现。无线定位是指利用无线电波信号的信号强度、到达角度、信号相位、信号传播延迟等特征参数并借助于适当的算法来获取物体在某种参考系中的位置信息。目前，在无线定位系统的定位算法、精度及其他性能方面的研究已经取得了一系列重要的研究成果，并在实际中得到了广泛的应用，取得了巨大的经济和社会效益。常用的无线定位系统有GPS定位系统、北斗定位系统、A-GPS定位系统、基于蜂窝基站的定位系统以及网络定位系统等。其中，网络定位尤其适合于无中心节点的网络结构，如无线传感器网络等，其特点是可基于少数已知位置信息的锚节点，通过逐步演进的方式，从而确定网络中其他目标节点的位置信息。