[发明专利]基于三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法，属于无线通信技术领域。 

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)中，节点所采集到的数据必须结合它们的被测量位置才有意义，而WSN得工作区域通常是人类不适合进入的区域或者是敌对区域。所以WSN要在这些特殊区域中应用，必须做到以最小的通信开销和硬件代价实现节点定位。 

传感器网络自身定位作为无线传感器网络的关键支撑技术，对无线传感器网络的应用和基于位置的网络协议研究都有重要意义。现有定位方法大多数针对平面结构进行定位，而现实应用中的无线传感器网络节点往往分布在三维空间中，三维空间定位复杂度较二维更高，研究三维空间定位会更加符合实际节点的应用情况，分布式低计算复杂度的三维定位方法较二维方法将更有实用性和发展潜力。 

在bounding cube定位方法中，根据未知节点邻居已知节点的通信范围，确定出包含有未知节点的限定立方体，然后用立方体的质心作为未知节点的估计位置。该方法具有计算简单、计算量小的特点，但是该方法缺点是对节点密度和通信半径有一定的要求，且方法对通信范围本身采取一定的近似处理，容易造成定位误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有无线传感器网络定位方法的不足，提出基于三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法。 

本发明的原理是：利用锚节点先向周围未知节点广播自己的位置信息，确定自己通信半径内的未知节点编号，以该锚节点为球心，分别以该锚节点到附近未知节点之间的距离为半径画球，接着将半径按照一定的规则增加一个数值， 待定位的未知节点必然位于球内。以不同的锚节点做球心，找到一系列包含待定位的未知节点的球，则任意一个待定位未知节点被同时包含在不同的球内，取这些球的交集作为待定位未知节点最可能存在的最小区域，取这个小区域的重心坐标作为未知节点的坐标。 

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是： 

一种基于三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、提取位置信息，锚节点以功率P向周围未知节点广播自己的位置信息，未知节点可以监听到附近锚节点的位置信息，记录这些锚节点的信号强度，利用信号强度分别计算出各锚节点与未知节点之间的距离，将所求的距离值作为以该锚节点为球心的初始球半径，并将这类球命名为点锚球；

步骤2、按照一定的规则增加初始球半径，使未知节点包含于该球内，将这类球命名为域锚球，这样以不同的锚节点做球心，可以找到一系列包含该未知节点的域锚球；

步骤3、将空间中所有锚节点、该未知节点及域锚球分别向XOY、YOZ平面投影；

步骤4、求出包含该未知节点的相交圆区域；

步骤5、求出这个相交圆区域的重心坐标作为未知节点估算坐标。

前述的一种三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法，其特征在于：在步骤3中，将所投影的平面划分成许多大小相同的小正方形，取小正方形的中心点作为这个小正方形的标记点，这个标记点的坐标即代表了这个小正方形的近似坐标； 

前述的一种三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法，其特征在于：在步骤4中，针对该未知节点，计算各标记点到锚节点的距离，判断各标记点到锚节点的距离是否小于该锚节点的域锚球半径，如果小于，记为扫描次数增1，最后，认为被扫描次数最多的标记点位于相交圆区域内，同时记录下该标记点的坐标值Xi，Yi。

前述的一种三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法，其特征在于：在步骤5中，统计该相交圆区域中标记点的个数N，然后求出标记点坐标 的均值，作为该未知节点X，Y坐标的估算值，即： 

前述的任意一种三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法，其特征在于：在步骤2中，采用初始球半径静态增径法，即：R＝r+d，其中，R为域锚球半径，r为点锚球半径，d为固定值，d值可由人为设定。 

前述的任意一种三维空间锚球交域重心的无线传感器网络定位方法，其特征在于：在步骤2中，采用初始球半径动态增径法，即： 其中，R为域锚球半径，r为初始球半径，R_r为锚节点通信半径。