[发明专利]一种基于动态路径规划的UWSN传感器节点定位方法

说明书

本发明公开了一种基于动态路径规划的UWSN传感器节点定位方法，其特征是，包括如下步骤：1）定义水下无线传感器网络模型；2）锚节点移动路径动态规划中必经虚拟锚节点选取过程；3）基于锚节点移动路径动态规划的定位过程。这种方法能提高水下无线传感器网络传感器节点的定位率、定位精度，同时降低传感器网络定位能耗。

技术领域

本发明涉及水下无线传感器网络技术，具体是一种基于动态路径规划的UWSN(Underwater Sensor Networks，简称UWSN)传感器节点定位方法。

背景技术

水下无线传感器网络UWSN在海洋资源探测、海洋军事、海洋环境监测以及海洋灾害预警等方面有广泛的应用，对海洋研究做出了重要贡献。水下无线传感器网络的定位技术在UWSN中扮演着至关重要的角色，只有当传感器节点位置已知时，传感器节点采集的数据才具有意义。网络中的节点被随机部署在水下，部署的传感器节点在水中形成三维体系结构，节点在水下的随机部署给水下无线传感器网络定位带来了很多挑战。由于水下的特殊环境，陆地上的无线传感器网络定位技术不能直接应用于水下无线传感器网络，水下无线传感器网络中节点随机部署导致传感器节点稀疏和锚节点分布不均匀，传统的水下无线传感器网络定位技术未考虑到水下的三维环境和锚节点分布不均匀的问题，导致传感器节点定位率低、定位误差较大和传感器网络定位能耗大的问题，其中，锚节点是指水下无线传感器网络中的信标节点，已知自己的位置，拥有计算能力和通信能力的特殊传感器节点。

现有技术中，常鲁杰等提出了基于迭代粒子群优化的RQ-PSO定位算法，RQ-PSO算法利用MDS-MAP算法进行定位减少了定位误差，使得算法更具有鲁棒性；针对锚节点随机分布导致传感器网络定位率低、定位误差大的问题，黄炎等提出基于锚节点连通度的无线传感器网络定位算法，该算法引入平均锚节点连通度的概念，根据节点实时分布来划分网络，实时控制移动锚节点分布，提高了定位算法的精度；陈友荣等将网络划分成多个六边形，提出一种辅助信标节点的路径规划算法，该算法分析对比了SCAN算法、CIRCLES算法等移动路径静态规划算法，降低了定位时间和平均定位误差；汪晗，王坤等提出基于几何精度因子的静态锚节点优化布设方法，但该算法定位精度受到锚节点几何面积的大小的约束；黄冰倩，杜庆治等提出宽度优先搜索BFS算法，该算法减少了虚拟锚节点数量和锚节点移动路径长度，但导致定位精度和定位覆盖率下降；程向红等提出运用栅格法对已知地图进行建模，在算法中引入向量指导路径方向，通过多次奖励与惩罚措施来进行路径规划。这些算法均在某一方面减少了锚节点数量和移动路径长度，但缺乏对网络整体定位率和定位精度的考虑。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于动态路径规划的UWSN传感器节点定位方法。这种方法能提高水下无线传感器网络的传感器节点的定位率、定位精度，同时降低传感器网络定位能耗。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于动态路径规划的UWSN传感器节点定位方法，包括如下步骤：

1)定义水下无线传感器网络模型：水下无线传感器网络具有三维结构，以水平面为XOY平面向下建立一个三维坐标系，传感器节点随机分布在水中，水下的传感器节点受到环境的限制，它们无法远程充电，普通传感器节点的能源主要因为通信和计算而耗尽，在监控区域中设有一组锚节点和普通的传感器节点，锚节点用于辅助定位和网络数据采集，传感器节点用于采集水下相关数据，将水下无线传感器网络三维空间定位转换成二维平面定位，在水下无线传感器网络的二维平面图上，以步长L_r为单位划分成栅格形状，锚节点以确定步长移动遍历网络，未定位节点随机分布，假设每个传感器节点都可以通过自身携带的压力传感器获得自身的深度信息，当未定位的传感器节点接收到水下锚节点广播的信息后，通过RSSI测距方法计算出自身与锚节点的距离L，结合自身的深度数据h，将未定位节点与锚节点投影在同一二维平面，则可计算出该节点与锚节点的平面投影距离d如公式(1)所示，第i个节点投影后与锚节点的距离为：