[发明专利]基于球体的三维节点定位方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络应用技术领域，特别涉及一种基于球体的三维节点定位方法和系统。

背景技术

节点自身定位技术是无线传感器网络的一个重要研究课题。无线传感器网络的目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中包含的重要信息，因此，确定网络自身位置对传感器网络应用的有效性起着至关重要的作用。此外，节点自身定位技术还对网络管理、路由协议以及网络拓扑等方面起着辅助作用。

迄今为止，学术界已经提出了很多的节点定位系统和算法，但大部分的算法都是针对静态网络和平面应用而提出的，这些算法假设网络部署完成后网络节点都静止不动，这在一定程度上限制了一些移动场景以及空间场景的应用。针对节点的移动性，学术界也提出一些动态定位算法，但这些算法普遍存在计算量大、定位精度不高等缺点，而且这些算法大都是针对二维平面应用而设计的，针对WSN(Wireless Sensor Network-无线传感器网络)而设计的三维定位算法寥寥无几，且大多数定位算法也很难扩展到三维平面。目前仅存的三维定位算法有两种解决方案，一是依靠与锚节点进行信息交换的交互式定位机制，通过三角计算等方法来获取未知节点的位置，这种定位机制在很大程度上要依靠锚节点的密度；另一是通过基础设施在网内动态的广播消息以进行定位的被动式定位机制，这种定位机制主要依靠基础设施。对于交互式定位来说，由于空间障碍物或环境条件等干扰的存在，并不是所有未知节点都能够获得足够的邻近锚节点信息，即使获得足够的锚节点信息，如何有效地解决多解问题也是一个难点。对于被动式定位来说，定位成败完全取决于基础设施，一旦这些基础设施受到干扰或破坏，整个网络将处于瘫痪状态，对于军事应用来说，更存在着一些安全隐患。总之，目前还没有一种完整的适用于空间应用的移动定位方案。

发明内容

为了解决空间移动节点的定位问题，本发明例提供了一种基于球体的三维节点定位方法，所述方法包括：

锚节点在移动过程中周期性地广播信标消息；所述信标消息包括所述锚节点的编号、所述锚节点发送所述信标消息的时刻和所述锚节点在所述时刻的空间位置信息；

未知节点接收所述信标消息，并根据自身存储的信标消息链表检查是否收到过所述锚节点发送的信标消息，如果是，则所述未知节点在所述信标消息链表中查找到与所述锚节点对应的信标消息项，检查所述信标消息项是否过期，如果过期，则所述未知节点更新所述信标消息项中的位置信息，设置所述信标消息项中的信标点标识位为1；

所述未知节点将信标点标识位为1的信标消息项作为信标点，并从所有信标点中选择出任意四个有效信标点，根据四个有效信标点的位置信息计算出本节点的位置信息。

所述根据自身存储的信标消息链表检查是否收到过所述锚节点发送的信标消息的步骤具体为：所述未知节点从所述信标消息中提取出所述锚节点的编号，检查所述锚节点的编号是否存在于所述信标消息链表中。

所述检查所述信标消息项是否过期的步骤具体为：所述未知节点检查接收所述信标消息的时刻与所述锚节点发送所述信标消息的时刻的差值是否大于所述信标消息项预先设置的生存周期，如果是，则所述信标消息项过期。

所述未知节点更新所述信标消息项中的位置信息的步骤具体为：所述未知节点用所述信标消息中的位置信息替换所述信标消息项中当前的位置信息。

所述任意四个有效信标点具体为任意四个不共面，且其中任意三个不共线的信标点。

所述根据四个有效信标点的位置信息计算出本节点的位置信息的步骤是通过克莱姆法则或最小二乘法来实现的。

本发明还提供了一种基于球体的三维节点定位系统，所述系统包括锚节点设备和未知节点设备；所述锚节点设备包括发送模块；所述未知节点设备包括接收模块、存储模块、第一检查模块、查找模块、第二检查模块、更新设置模块、选择计算模块；

所述发送模块用于向所述接收模块周期性地发送信标消息；所述信标消息包括所述锚节点设备的编号、发送所述信标消息的时刻和所述锚节点设备在所述时刻的空间位置信息；

所述接收模块用于接收所述发送模块发送的信标消息，并将所述信标消息发送给所述第一检查模块；

所述存储模块用于存储信标消息链表；

所述第一检查模块用于根据所述存储模块存储的信标消息链表，检查是否收到过所述发送模块发送的信标消息，并将检查结果发送给所述查找模块；