[发明专利]基于距离大小顺序关系的传感器网络节点自定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线自组织网络自定位领域，具体包含：无线传感器网络自定位技术、统计 信号处理方法、多维标度分析技术。

背景技术

微型电子集成化(MEMS)技术的迅速发展奠定了设计和实现片上系统(SOC)的基础，使 得将多种传感器集成为一体，制造小型化、低成本、多功能的传感器节点成为可能。由大量 的MEMS传感器节点组成的无线传感器网络，已被广泛应用于军事作战、环境监测、医疗诊断、 家庭娱乐、空间探索以及商业制造等多个领域。区别于传统的无线自组织网络，无线传感器 网络以监控物理世界为主要目标，是一种测控网络，并且具有超大规模、无人值守、易受物 理环境影响(动态性强)等特征。

在无线传感器网络的研究中，节点的定位问题是一个热点的研究领域，这是因为节点的 准确定位是无线传感器网络应用的重要条件。例如在各种监控网络中，都需要知道传感器节 点的位置信息，从而获知信息来源的准确位置。并且，利用节点的位置信息还可用于提高路 由效率，向部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载均衡和网络拓扑的自配置等。

目前已有的定位技术主要基于节点间物理距离的测量列出多元方程组从而进行拓扑反 解，例如到达时间指示(TOA)技术利用节点间的超声传播延时，接收信号强度指示(RSSI) 利用节点间的射频信号传播强度。这些方法应用的信号测量手段虽然各有差异，但是定位的 基本思想都是相同的，就是对一个特定形式的代价函数的最小化过程。这些代价函数可以有 一个通用的表示，如式(1)

Stress(X,D^)=ΣiΣjg(δij,d^ij)---(1)]]>

其中，X是网络中传感器节点的位置坐标，也就是定位问题中需要求解的变量集合；{δ_ij}即 是由X计算得到的节点间欧式距离；D^={d^ij}]]>是由距离测量值D＝{d_ij}构建的节点间距离矩 阵，和D通常有很紧密的联系，但是在很多情况下，两者并不需要严格相等。

基于式(1)，所有的定位问题都可以被抽象为以下三个步骤。

1)建立节点间距离矩阵

2)定义代价函数g和Stress

3)优化节点位置估计X，使得{δ_ij}同的距离在Stress函数的意义下尽可能地接近，使 得Stress函数最小化。