[发明专利]基于连通性的无需测距的无线传感器网络节点定位方法

说明书

技术领域

本发明隶属于属于嵌入式开发与无线通信的交叉领域，具体涉及一种基于连通性的无需测距的无线传感器网络节点定位方法。

背景技术

作为一种新的信息获取手段，无线传感器网络将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象信息，并对这些信息进行处理，传送给需要这些信息的用户。无线传感器网络具有传感器节点数量大、分布广、网络动态性强、单个节点成本低廉等特点。它的出现使人们获得了一种可以持续实时监测环境的新途径，是一种“无处不在”的传感技术，可以广泛应用到人类生活的各个领域。尤其是在军事领域中，无线传感器网络的自组织性和容错能力使其不会因为某些节点的损坏而导致整个系统的崩溃，非常适合应用在恶劣的战场环境中，包括：监控敌方部署、装备、军火情况，战场监视、定位、战场损失评估，核、生化武器攻击的监测和侦察。另外，无线传感器网络还能广泛应用于环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业区的安全检测等领域。

传感器网络有着与传统网络有着明显不同的设计目的和技术要求。传感器网络是以感知、采集和传输数据为目的，中间节点仅仅负责数据分组的转发。相邻节点间的距离较短，低功耗的多跳通信模式节省功耗，同时增加了通信的隐蔽性，也避免了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响。这些独特的要求和制约因素为传感器网络的研究提出了新的技术问题，网络自身定位问题就是其中之一。由于传感器节点往往采取随机布撒的部署方式，除少数传感器节点外，网络中的大部分节点不能预知其位置，而传感网络的应用背景又往往与节点地理位置密切相关，没有位置信息的感知数据是没有意义的。因此，在无线传感器网络的应用中，节点自身的定位问题也就成了关键的问题之一。

目前技术条件下常用的方法是利用传感器网络中少量已知位置的节点来获得其他未知位置的节点的位置信息。已知位置的节点称作锚节点；未知位置的节点称作未知节点；锚节点能通信的最远距离称为通信半径；通信半径范围内的其他节点称为自身的邻居节点，也称为一跳点。锚节点根据自身位置建立本地坐标系，未知节点根据锚节点计算出自己在锚节点本地坐标系里的相对位置，从而可以获知自身位置信息。

现有定位方法按照定位过程中所需的信息可分为两类：基于测距的定位算法和无需测距的定位算法。无需测距的定位方法不需要直接测量节点间的距离和角度信息，仅仅根据网络连通性等信息就能够实现定位，在设备的成本和功耗方面具有优势，因而是目前研究的重点。目前应用较为广泛的一种方法是美国路特葛斯大学的Niculescu教授提出的基于距离矢量(distance vector-hop，简称DV-Hop)的分布式定位方法。DV-Hop方法不需要直接测量节点间的距离或角度，定位方法简单。但是，泛洪式的信息传播方式容易产生通信阻塞，且几乎每个未知节点都需要转发所有锚节点的信息，导致整个网络通信量的倍增，不太适用于大规模网络；如果未知节点接收的第一个锚节点估计的平均每跳距离值偏差较大，就会造成这个未知节点估计的到各个锚节点的距离偏差非常大，从而导致定位误差增大；在DV-Hop中，距锚节点一跳的未知节点均用一跳距离来代替实际距离，存在较大误差；另外，由于信息的可控泛洪式的传播方式使得节点总是搜寻离锚节点跳数最少的路径，而最后一跳的距离通常会较小，若直接用跳数乘上平均每跳距离将会产生较大误差。

发明内容

本发明根据网络拓扑结构设计信息转发的限跳值，以减少网络的通信量，并充分利用网络节点的连通性，引入误差修正方法，以进一步提高定位精度，使得方法更加适用于大规模无线传感器网络。