[发明专利]一种移动无线传感器网络定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术，具体涉及一种移动无线传感器网络定位方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，简称“WSN”)是由部署在监测区域内大量廉价的传感器节点组成，通过无线通信形成多跳的自组织的网络系统，用于感知和采集网络覆盖区域内监测对象和事件的信息，并传给监控中心。无线传感器网络可以大规模部署在指定的恶劣环境或无人区域，根据环境的变化自适应的调节工作状态，具有很好的鲁棒性和容错性。这些优势使WSN具有广阔的前景，并已经广泛应用在军事、环境、工农业、医疗以及家居等多个领域中。

传感器网络节点的结构不尽相同，但一般由数据采集、数据处理、数据传输和电源四部分组成。这些节点常被应用于环境监管、事件检测、上下文感知以及目标跟踪等场景中。对于这类应用，节点采集到的数据只有绑定了相应的位置信息才有意义，因此传感器节点自身定位机制就显得至关重要。而人工部署或为所有网络节点安装GPS模块都会受到成本、功耗、扩展性等问题的限制，必须采用其它方法来实现WSN的自定位。

根据定位过程是否测距，可将现有WSN自身定位算法分为两类：Range-based和Range-free，即基于测距技术的定位算法和无需测距的定位算法。前者通过测量节点间点到点的距离或角度信息，使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算节点位置；后者则无需距离和角度信息，仅根据网络连通性等信息实现，在成本、功耗等方面具有优势，但定位精度不高。上述的方法大都用于WSN固定节点定位，移动节点定位技术处在初始阶段，能量消耗和定位精度都有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动传感器网络定位方法，该方法能够克服上述现存定位方法的缺点。通过邻居节点之间的交互信息估算每个节点可能的位置边界。不仅允许传感器网络中的所有节点保持静止或随机运动，还削减了对定位过程对种子节点的依赖，实现了能耗的均匀分布，解决种子节点周围能耗过大的问题，从而延长网络生存期。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

每个节点的定位过程分为阶段：

1、初始位置估计：每个节点利用DV-Hop机制通过三边测距，估算每个节点的初始位置。

2、邻居协作更新：每个节点根据邻居节点提供的信息以及自己上一时刻的状态更新自己新的位置边界。

初始位置估计具体步骤为：

初始化阶段利用基于跳数的技术让网络中的每个节点都先知道自己的一个初始位置，为下一阶段的邻居协作更新奠定基础。初始化共有四个步骤。

首先，种子节点将自己的位置信息广播到整个网络。每个节点都更新自己的一个表{X_i，Y_i，h_i，t_i，TTL}，并将这个信息转发给它的邻居。在算法中，i表示种子节点的ID，(X_i，Y_i)表示种子节点的位置坐标，h_i表示节点距离i号种子的跳数，表示一个节点收到相同h_i的次数，TTL表示网络生存期。

更新算法确保每个节点保存的h_i都是最小的，并且通过停止转发机制削减了网络负载，但是这个方法存在一个问题，每个节点的最后一跳距离存在较大差别。为此我们提出一种解决方案，在具有相同的h_i值时，靠近种子的节点具有更大的t_i。因此，用h_i-1+1/t_i来代替原来的h_i，可以有效的降低估算误差。

接下来，每个种子节点收到其他种子节点的信息，来估算平均每跳距离，并将这个值传递给它的邻居。一个种子节点(X_i，Y_i)计算平均每跳距离，不同的种子节点计算出的平均没跳距离数也各不相同，因此一个节点选择哪一个值成为问题的关键。我们让种子节点将平均每跳距离只传给它的邻居节点，再由邻居判断是否继续转发。一旦节点收到来自三个以上不同种子传来的平均每跳距离，它就立即停止接收和转发其他节点传来的消息。用这种方法，每个节点都会存在距其最近的几个种子节点计算出的平均每跳距离，这个距离最接近它附件的网络连通性，并且能有效的防止泛洪。

此时，每个节点都拥有距两个以上种子节点的跳数和平均每跳距离，它们的乘积就是到种子节点的距离。节点使用三边测距的过程，利用到多个种子的距离计算自己的位置。

动态邻居更新具体步骤如下：