[发明专利]一种基于最小二乘法和MDS的自组网节点定位方法

说明书

本发明公开的一种基于最小二乘法和MDS的自组网节点定位方法，属于无线网络通信领域。本发明使用MDS找到一个互为邻居的节点集合中所有节点的相对坐标，能明显降低在不规则形状的网络中的定位误差；采用了最小二乘法，利用多个已知坐标节点与未知节点之间的距离，逐个定位该节点集合外的节点，降低了未知节点的定位误差。本发明提供了一种在已知一部分锚节点坐标的情况下，在不规则形状的网络中，能获得自组网中所有节点的低误差坐标的节点定位方法，可应用于军事战场和灾区应急通信等领域中，解决了在不规则形状网络中获取网络节点坐标误差高的问题。

技术领域

本发明属于无线网络通信领域，尤其涉及一种自组网节点的定位方法。

背景技术

无线自组网的许多应用场景都要求获取节点的坐标信息，因此自组网节点的定位方法是自组网研究的重要课题之一。在定位算法中自组网节点被划分为锚节点和未知节点，锚节点是能够使用全球定位系统(Global positioning system，GPS)等位置辅助设备获得坐标的节点，未知节点是暂时未知坐标的节点。

目前自组网定位算法可以分为基于测距的定位算法和基于非测距的定位算法。MDS-MAP定位算法是一种基于多维尺度(Multidimensional scaling，MDS)的非测距的定位算法，该算法可以根据节点之间的距离生成相对坐标矩阵，再根据锚节点将相对坐标转换为绝对坐标。但是该算法由于使用最短路径法估计节点之间的距离，因此在不规则的网络中的定位误差较大。最小二乘定位算法是一种基于测距的定位算法，该算法根据三个以上已知坐标的锚节点求出未知节点的坐标，但是位于锚节点分布较少区域的未知节点是无法定位的。

发明内容

本发明公开的一种基于最小二乘法和MDS的自组网节点定位方法，提供了一种在已知一部分锚节点坐标的情况下，在不规则形状的网络中，能获得自组网中所有节点的低误差坐标的节点定位方法。可应用于军事战场和灾区应急通信等领域中，解决了在不规则形状网络中获取网络节点坐标误差高的问题。

本发明目的是通过下述技术方案实现的：

首先找出一个在单跳连接的情况下，每两个节点之间都是连通的节点集合。对该节点集合使用MDS-MAP定位算法完成定位，获取该节点集合中所有节点的相对坐标。使用最小二乘法，根据已知坐标的节点，逐个定位该节点集合外的节点，直至集合外节点的数量为0。最后将所有节点的相对坐标转换为绝对坐标。

本发明公开的一种基于最小二乘法和MDS的自组网节点定位方法，包括以下步骤：

步骤一：锚节点获取坐标

如果锚节点的数量小于3个，则无法完成定位算法，跳转到算法结束。如果锚节点的数量大于等于3个，令锚节点通过GPS等设备获取实际坐标，

步骤二：构建邻接矩阵

如果节点j是节点i的邻居，令N(i,j)＝1，否则节点j不是节点i的邻居，令N(i,j)＝0。构造一个大小为n×n的邻接矩阵N。

步骤三：找到互为邻居的节点集合

在整个网络中找到一个节点集合，该节点集合是一个完全图，其中每两个节点均互为邻居。

(1)初始化一个节点集合V_in为网络所有节点，再初始化另一个空的节点集合V_out。

(2)找到邻居节点最少的节点，也就是在邻接矩阵中1最少0最多的节点，然后删除矩阵N中该节点所在的一行和一列。在V_in中删除该节点，并把该节点添加入V_out内。

(3)检查新矩阵是否为全1矩阵，如果是，退出循环进入(4)；否则，回到(2)继续循环。