[发明专利]一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，属于无线传感器定 位技术领域。

背景技术

无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，即WSN)是由部署在监测区域内大 量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系 统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给 观察者。

许多运用传感网络的应用正在兴起，如：环境监测、智能建筑故障检测和报告、 问题追踪等。在这些应用中，为了使得所采集到的数据能够清楚地表达出地理位置， 节点的自身定位显得尤为重要。

由于节点工作区域往往是人类不适合进入的区域，可能是悬崖，可能是峡谷，也 有可能是敌对区域。有时候传感器节点是通过飞机进行撒放的，所以，节点的具体位 置不能事先确定。且传感网络的应用往往涉及到巨大数量的节点。这些特点使得统一 部署管理每一个节点变得不现实。

GPS定位系统是目前使用最广泛最成熟的定位系统，但是其对于节点的能耗要求 比较大，而且成本昂贵。无线传感器网络的节点数量庞大，且每个节点功率低，可靠 性低，只能和邻近的有限数量的节点进行通信。所以，GPS显然不是一个合适的选择。 我们希望找到一种方法使得传感网络可以自组织坐标系。

目前，学术界已经提出了很多节点定位算法。绝大多数的传感网络节点定位算法 研究可分为两大类：基于测距的定位算法和非测距的定位算法。在无线传感器网络中， 我们通常用GPS定位设备或者人工部署等手段获取少量传感器节点的位置，这些节点 称为锚节点或信标节点，其余大量节点的位置是未知的。这些未知节点通过与锚节点 之间的某种通信来确定自身的位置。其中，通过测量与锚节点间的距离或角度来进行 自身节点定位的算法称为基于测距的算法。而仅依据相对位置关系或网络连通性来进 行自身节点定位的算法称为非测距的定位算法。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于解决了在复杂地势情况下，传感器网络中大量节点的自身定位的 问题，提出了一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法利用空中资源， 巧妙地避开了峡谷、丘陵等起伏不平的地势和可能遇到巨大的障碍物的情况。采用沿 经线和纬线的直线飞行方式，减短了总运行路径。利用接收信号强度来估算传感器节 点的位置，简化了定位的算法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：本发明首先确定定位范围，然后将 需要定位的区域用一个矩形框框起来，矩形框两条边应与纬线平行。

确定飞行平面距离最低地势的高度h，通信半径R，规划路径的飞行间距运行轨迹超出矩形框长度为s＝vT(v为飞机匀速飞行速度，T为锚节点广播周期)。

传感器节点实时接收锚节点信号，当飞机沿纬线运行时，待定位节点记录下通信半径内收到的所有经度和其对应的接收信号强度(即RSSI)。选取RSSI最强的两个经度信息，假设最强的RSSI处的经度为x₁，RSSI为m₁，次强的RSSI处的经度为x₂，RSSI为m₂，利用计算出经度x。同理，当飞机沿经线运行时，可通过计算出维度y。当所有节点都存储好经纬度时，定位结束。

方法流程：

本发明提供一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法的路径规划 包括如下步骤：

第一步：确定定位范围，将其至于矩形框内；

第二步：确定飞行高度，测出最低地势海平面高度H，选取合适的飞行高度h，即 (0<h<R，R为节点的通信半径)，从而确定飞行平面高度H+h；

第三步：确定飞行间距，由上一步确定的h和节点的通信半径R，规划路径的飞 行间距为d=2R2-h2;]]>