[发明专利]基于交替修正牛顿法的分布式传感器节点定位方法

说明书

本发明公开了一种基于交替修正牛顿法的分布式传感器节点定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1）定义网络；2）将WSN定位问题归结为无约束的优化问题；3）将WSN划分为部分重叠的子区域；4）重新构建子区域优化问题；5）估计LU节点的粗略估计值；6）采用分布式定位方法对子区域优化问题进行迭代求解，获取最终定位。这种方法能解决大规模WSN存在锚节点位置误差时难以定位的问题，且定位精度较高，扩展性好，适宜于大规模WSN。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体是一种基于交替修正牛顿法的分布式传感器节点定位方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)由大量的传感器构成，可以对指定环境进行实时监测，因WSN低成本、低功耗、体积小、多功能等优点，已经被广泛应用于商业、军事和农业等领域，在大多数应用中，为了提供更为有效的数据信息，检测到的信息需和传感器节点位置结合起来，因此，研究WSN中传感器节点定位技术就显得尤为重要。

在大规模WSN中，全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)是可以获取节点位置的导航系统。因考虑投入成本、能量消耗以及适用环境等诸多因素，为每个传感器配备GPS接收器是不切实际的方案，因此一般只有少量节点通过装载GPS模块获得自身位置，这一部分事先获得自身位置的传感器节点称为已知位置(Location-aware,简称LA)节点，又名锚节点，其他传感器节点称为未知位置(Location-unaware,简称LU)节点，传感器节点定位还需获得测距信息，测距信息可以通过到达时间差(Time-Difference-Of-Arrival,简称TDOA)、到达角(Angle-Of-Arrival,简称AOA)、接收信号强度(Received-Signal-Strength,简称RSS)获得，综上所述，WSN传感器节点定位问题可以归结为:LU节点根据LA节点、测距信息采用定位方法来估计自身位置。

在大多数定位方法中都假定LA节点位置准确，以便估计LU节点位置，但在许多情况下，可能无法准确知道LA节点位置，这种不确定性反过来会影响估计传感器位置的质量，水下WSN定位问题就是一个显著例子。在水下WSN中，存在三种类型的节点：浮标(兼备观测和测量功能的信息设备)、锚节点和未知节点，则未知节点可以通过锚节点和浮标位置采用合作定位方法估计自身位置，但射频波在水下被严重衰减，导致锚节点位置易出错和测距误差增大，进而导致定位效果较差。因此，在实际应用中，考虑锚节点位置是一项很有意义的工作。