[发明专利]一种无线传感器网络节点定位检测方法

说明书

本发明提供了一种无线传感器网络节点定位检测方法，该方法减轻单个节点资源消耗的同时还可以保证找到网络中绝大多数可定位节点，进一步地，该方法只要求节点掌握其邻域拓扑，因此在时间和空间上的开销更小。

技术领域

本发明涉及无线传感器技术领域，更具体地，涉及一种无线传感器网络节点定位检测方法。

背景技术

传感器网络可定位状态在传感器定位、节点高效部署以及作为类似物体追踪和事件检测等位置相关应用的前置条件中是必不可少的，然而对于WSN来说，现存的定位性检测方法要么在不同网络条件下的适应性差，要么太复杂繁琐。网络的可定位问题实际上是把传感器网络抽象为一个平面图进行讨论的：

每个传感器代表图中一个节点，图中一条边意味着对应节点间距离已知。如果给定一个图，以及图中三个非共线点的位置且要求所有节点在满足边集合所指定的相对位置关系的情况下，对于图中未指定位置的节点如果只存在一个合理的位置，那么这个图就是可定位的。

图的可定位性质已被证实和图的刚性是紧密相关的，然而在实际的节点部署中可能只有部分子图是有这样的可定位性质的。考虑到这一点，实用性的算法都是考虑单个节点的可定位问题。给定图中节点之间的位置关系和部分节点的位置，如果对于一个节点只存在一个可能的位置，那么该节点就是可定位的。

图的刚性是指对于一个图来说，其绘制在平面上的形式的个数是有限的。形式可以定义成这样：给定图中三个点的在平面中的坐标后，若存在一个图中点到一个坐标集合的双射关系，使得相邻两个点所对应的位置之间的距离等于两点之间的边所指定的距离，该坐标集合以及其旋转平移变化的变体称为一个形式。例如，添加一条对角线的矩形是刚性图。一个全局刚性的图则是指图只有一个形式，对于一个全局刚性图来说如果其中三个点的位置确定，那么其形式也只有一个坐标集合，也就是说图是可定位的。例如，添加两条对角线的矩形就是一个全局刚性图。

在无线传感器领域，为了检测节点的可定位性质或是位置，已经有很多需要利用全局拓扑信息的中心化算法，比如RR3P算法。当然也有一些可以被配置在单个节点上的分布式算法，主要有ITP算法以及WE算法。

ITP算法的基本原理就是用三个位置已知的节点来定位一个未知节点。WE算法使用更为复杂的邻域拓扑结构，对于每个节点分别尝试以自身为轮式图中心，在邻居中找到一条回路用于构成一个完整的轮式图，然后开始检测该轮式图，如果其中有多于两个可定位节点，那么整个轮式图是可定位的。RR3P算法给出了根据图的拓扑结构寻找图中可定位节点的充分必要条件，在一个冗余刚性图中，如果对于一个点存在三条指向三个不同可定位节点的不交叉路径，那么可以判定该节点是可定位的。

实际应用在WSN定位性判断时，这三种算法都有各自的局限性质。ITP算法在稀疏部署的传感器网络中只有通过部署更多位置已知的节点才能完成定位检测工作。WE算法本身算是对ITP算法的一个补充和改良，WE算法在网络中传播可定位状态，在不同网络配置下WE算法总是可以比ITP算法找到更多的可定位节点，但是这种提升是有限的，而且建立轮式图是一个耗时耗力的过程，每个节点先要收集邻居然后再向邻居广播，中心节点则需要获取邻居的邻居并完成回路搜索。而在WSN中应用RR3P算法时，建立冗余刚性子图就需要对应子图的完整拓扑，此外三条路径也要求了数据包的多跳传输，换言之，作为一个图论算法RR3P算法完美解决了问题，但是该方法并不适用于不够稳定的传感器网络。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的难题，提供了一种无线传感器网络节点定位检测方法，该方法减轻单个节点资源消耗的同时还可以保证找到网络中绝大多数可定位节点，进一步地，该方法只要求节点掌握其邻域拓扑，因此在时间和空间上的开销更小。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于全局刚性图的无线传感器网络节点定位检测方法，包括以下步骤：