[发明专利]无线传感器网络未知传感器节点的定位方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络未知传感器节点的定位方法，其特征在于，是由如下步骤实现的：

Z1：未知节点P接收周围信标节点的信号，并将接收到的信号强度值转化为未知节点和信标节点之间的距离值；

Z2：设定该未知节点P接收到信号的信标节点数量为m，m≥3，以任3个位置不共线的信标节点为一组，一共k组；

Z3：从第一组信标节点一直到第k组信标节点依次计算未知节点P的坐标，一共得到k个坐标，分别表示为(x_P1,y_P1)，……(x_Pk,y_Pk)；选取其中第u组信标节点，u取值为1到k，将该组信标节点设定为A、B、C，计算出未知节点P的第u个坐标(x_Pu,y_Pu)，为上述k个坐标之一；3个信标节点A、B、C将整个平面划分成四个区域：

区域1：ΔABC区域；

区域2：∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域；

区域3：∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域；

区域4：∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域；

Z4：采集第u组三个信标节点A、B、C的坐标A(x_A,y_A)，B(x_B,y_B)，C(x_C,y_C)；计算信标节点A到信标节点B之间的距离L_AB；计算信标节点B到信标节点C之间的距离L_BC；计算信标节点A到信标节点C之间的距离L_AC；根据步骤Z1所得到的未知节点P到信标节点A之间的距离记为L_PA，未知节点P到信标节点B之间的距离记为L_PB；未知节点P到信标节点C之间的距离L_PC；

Z5：判断未知节点P、信标节点A、信标节点B、信标节点C的相对位置：

a)判断未知节点P是否在直线AB、直线BC、直线AC上：

当L_AB＝L_PA+L_PB或L_AB＝|L_PA-L_PB|时，未知节点P位于直线AB上，

当L_AB＝L_PA+L_PB时，未知节点P位于线段AB之间

L_AB＝L_PA-L_PB时，未知节点P位于线段AB延长线上

L_AB＝L_PB-L_PA时，未知节点P位于线段BA延长线上

当L_AC＝L_PC+L_PA或L_AC＝|L_PC-L_PA|时，未知节点P位于直线AC上，

当L_AC＝L_PC+L_PA时，未知节点P位于线段AC上

当L_AC＝L_PC-L_PA时，未知节点P位于线段CA延长线

当L_AC＝L_PA-L_PC时，未知节点P位于线段AC延长线

当L_BC＝L_PC+L_PB或L_BC＝|L_PC-L_PB|时，未知节点P位于直线BC上，

当L_BC＝L_PC+L_PB时，未知节点P位于线段BC上

当L_BC＝L_PC-L_PB时，未知节点P位于线段CB延长线上

当L_BC＝L_PB-L_PC时，未知节点P位于线段BC延长线上

b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时，

满足公式S_ΔABC＝S_ΔPAB+S_ΔPAC+S_ΔPBC，未知节点P位于ΔABC区域内，未知节点P在区域1；

满足公式S_ΔPAB+S_ΔPAC＝S_ΔABC+S_ΔPBC或者满足公式S_ΔPBC＝S_ΔPAB+S_ΔABC+S_ΔPAC，未知节点P位于∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内，未知节点P在区域2；

满足公式S_ΔPAC+S_ΔPBC＝S_ΔABC+S_ΔPAB或者满足公式S_ΔPAB＝S_ΔPAC+S_ΔABC+S_ΔPBC，未知节点P位于∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内，未知节点P在区域3；

满足公式S_ΔPBC+S_ΔPAB＝S_ΔABC+S_ΔPAC或者满足公式S_ΔPAC＝S_ΔPBC+S_ΔABC+S_ΔPAB，未知节点P位于∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内，未知节点P在区域4；

其中S为采用海伦公式算出的相应三角形的面积，S下标中的三个字母为三角形的三个顶点；

Z6：未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)的计算公式如下：

a)当P点在直线AB、直线BC、直线AC上时，

当L_AB＝L_PA+L_PB或L_AB＝|L_PA-L_PB|时，未知节点P位于直线AB上，

当L_AB＝L_PA+L_PB时，未知节点P位于线段AB之间，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_AB＝L_PA-L_PB时，未知节点P位于线段AB延长线上，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_AB＝L_PB-L_PA时，未知节点P位于线段BA延长线上，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_AC＝L_PC+L_PA或L_AC＝|L_PC-L_PA|时，未知节点P位于直线AC上，

当L_AC＝L_PC+L_PA时，未知节点P位于线段AC上，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_AC＝L_PC-L_PA时，未知节点P位于线段CA延长线，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_AC＝L_PA-L_PC时，未知节点P位于线段AC延长线，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_BC＝L_PC+L_PB或L_BC＝|L_PC-L_PB|时，未知节点P位于直线BC上，

当L_BC＝L_PC+L_PB时，未知节点P位于线段BC上，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_BC＝L_PC-L_PB时，未知节点P位于线段CB延长线上，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

当L_BC＝L_PB-L_PC时，未知节点P位于线段BC延长线上，未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)

b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时，

设A'是直线PA与直线BC的交点、B'是直线BP与直线AC的交点、C'是直线PC与直线AB的交点；

k_BC代表直线BC的斜率的符号，若直线BC的斜率大于等于0，则k_BC＝1，若直线BC的斜率小于0，则k_BC＝-1；k_AB代表直线AB的斜率的符号，若直线AB的斜率大于等于0，则k_AB＝1，若直线AB的斜率小于0，则k_AB＝-1；k_AC代表直线AC的斜率的符号，若直线AC的斜率大于等于0，则k_AC＝1，若直线AC的斜率小于0，则k_AC＝-1；

1)当未知节点P位于区域1时，利用公边比例定理可得：

由直线PA与直线BC交于A'，L_BA'是信标节点B到点A'的距离、L_A'C是点A'到信标节点C的距离，有：

A'点的坐标表示为：

直线PB与直线AC交与B'，L_AB'是信标节点A到点B'的距离、L_CB'是信标节点C到点B'的距离，有：

B'点的坐标表示为：

直线PC与直线AB交于C'，L_AC'是信标节点A到点C'的距离、L_BC'是信标节点B到点C'的距离，有：

C'点的坐标表示为：

2)当未知节点P位于区域2时，利用公边比例定理可得：

直线PA与直线BC交于A'，L_BA'是信标节点B到点A'的距离、L_A'C是点A'到信标节点C的距离，有：

A'点的坐标表示为:

直线PB与直线AC交与B'，L_AB'是信标节点A到点B'的距离、L_CB'是信标节点C到点B'的距离，有：

B'点的坐标表示为:

直线PC与直线AB交于C'，L_AC'是信标节点A到点C'的距离、L_BC'是信标节点B到点C'的距离，有：

C'点的坐标表示为:

3)当未知节点P位于区域3时，利用公边比例定理可得：

直线PA与直线BC交与A'，L_BA'是信标节点B到点A'的距离、L_CA'是信标节点C到点A'的距离，有：

A'点的坐标表示为:

直线PB与直线AC交于B'，L_AB'是信标节点A到点B'的距离、L_CB'是信标节点C到点B'的距离，有：

B'点的坐标表示为:

直线PC与直线AB交于C'，L_AC'是信标节点A到点C'的距离、L_C'B是点C'到信标节点B的距离，有：

C'点的坐标表示为:

4)当未知节点P位于区域4时，利用公边比例定理可得：

直线PA与直线BC交于A'，L_BA'是信标节点B到点A'的距离、L_CA'是信标节点C到点A'的距离，有：

A'点的坐标表示为:

直线PB与直线AC交于B'，L_B'A是点B'到信标节点A的距离、L_CB'是信标节点C到点B'的距离，有：

B'点的坐标表示为:

直线PC与直线AB交与C'，L_AC'是信标节点A到点C'的距离、L_BC'是信标节点B到点C'的距离，有：

C'点的坐标表示为:

设直线AA'与直线BB'的交点为(x_Pu1,y_Pu1)，直线AA'和直线CC'的交点为(x_Pu2,y_Pu2)，直线BB'和直线CC'的交点为(x_Pu3,y_Pu3)；

设：

分别计算(x_Pu1,y_Pu1)、(x_Pu2,y_Pu2)、(x_Pu3,y_Pu3)、(x_Pu4,y_Pu4)的距离差值d(i)，i为1、2、3、4，取d(i)的最小值对应的坐标作为未知节点P第u个坐标(x_Pu,y_Pu)，

Z7：采用基于万有引力搜索算法(GSA)对得到的k个坐标(x_p1,y_p1)，……(x_pk,y_pk)进行优化，得到优化后的未知节点P的坐标：

所述的万有引力搜索算法(GSA)的适应度函数为：

式中坐标(x_s,y_s)代表k个坐标(x_p1,y_p1)，……(x_pk,y_pk)中的任一个坐标，坐标(x_i,y_i)为m个信标节点中的任一个的坐标；de(i,P)代表步骤Z1中所述的第i个信标节点到未知节点P的距离值；在得到的k个适应度函数值F(s)中，选用最小值，即与F(s)的最小值对应的坐标作为优化后的未知节点P的坐标。