[发明专利]一种距离感知的无线传感器网络多维定标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络距离感知的多维定标定位方法SA_MDS(self-adjusting distance MDS)，属于物联网/传感器网络技术领域。

背景技术

在无线传感器网络中，由于传感器节点部署的不可控制性，如飞机撒播、节点实时移动等，网络中大多数节点位置不能事先确定，而无线传感器网络的大量应用都需要网络中节点的地理位置信息，如在军事战术中，舰船、战车、士兵等所携带的传感器节点的位置信息是作战指挥的关键依据，节点发回的战术信息无不与该节点当时所处的位置有关。另外，了解传感器节点位置信息还可以提高路由效率，为网络提供命名空间，向部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置。因此，在无线传感器网络(WSNs)的应用中，节点能够自主确定位置被认为是基本能力和系统的基本服务之一。由于WSNs自身特点的原因，如受到成本、功耗、拓展性等问题的限制，寻求WSNs自身定位机制成为许多研究机构和学者共同探讨的问题。

近年来，一些大学和研究机构提出了许多应用于传感器网络的定位系统，王福豹等人对这些方法的原理及特点做了详尽的分析和描述，给出了定位系统和定位方法的性能评价参数。到目前为止，现有的无线传感器网络节点定位方法都有各自的特点和应用范围，根据定位的需求，各方法在性能评价参数上各有取舍，没有哪一种方法是绝对优秀的。如何综合考虑方法的各个性能评价参数，使节点的定位精度最优是定位方法的主要目标。

定位方法的分类有很多种，根据定位过程中是否测量实际节点间的距离，可以把现有的定位方法主要分为两类：基于距离(Range-based)的定位方法和距离无关(Range-free)的定位方法。

基于距离的定位方法利用接收信号强度(RSSI)、信号传输时间(TOA)、信号传输时间差(TDOA)、和信号到达角度(AOA)等技术测量节点之间的距离，然后用数学方法计算节点的坐标。基于距离的定位方法虽然能够实现精确定位，但是对节点的硬件要求比较高。

由于硬件成本、能耗等原因，人们提出了距离无关的定位技术，距离无关的定位方法主要有两大类，一类是先对未知节点和锚节点之间的距离进行估计，然后利用数学方法对未知节点进行定位；另一类方法是通过邻居节点和锚节点确定包含待定位节点的区域，然后把该区域的质心作为待定位节点的位置。距离无关的定位方法主要有APIT方法、DV-HOP方法、Amorphous方法、Centroid方法等，它们主要里利用节点的连通性来辅助节点定位。距离无关的定位方法对硬件要求比较低，能够满足大多数应用的要求，但是定位精度随之降低。

多维定标技术(Multidimensional Scaling：MDS)，是一种源自心理测量学和精神物理学的数据分析技术，它在工程领域、社会科学和心理学等方面都有较广泛的应用。Yi Shang等首次把多维定标技术应用于WSNs的节点定位技术中，提出了MDS_MAP方法及其改进方法，它可以在range_free和range_based两种情况下进行节点定位，其核心思想是用多维定标技术对节点之间的距离或者跳数的度量值进行处理，进而完成节点的定位，它主要分为三个步骤：

1)获得节点的距离矩阵；

2)根据距离矩阵信息，用MDS计算相对坐标图；

3)利用已知锚节点的坐标信息将相对坐标图转换为绝对坐标图。

MDS-MAP方法能够很好的适应WSNs中的节点定位，但该方法也有自己的不足之处，如采用最短路径代替节点间的实际几何距离，当最短路径距离与节点间的实际距离相差较大时，定位精度将受到较大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有定位技术存在的缺陷，提供一种无线传感器网络距离感知的多维定标定位方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案。

一种距离感知的无线传感器网络多维定标定位方法，包括如下步骤：

步骤(1)，网络部署：通过仿真器或搭建真实网络场景，产生多跳的无线传感器网络拓扑，所述网络拓扑的节点包括普通节点和坐标信息已知的锚节点；

步骤(2)，生成待定位节点的一跳距离矩阵：在待定位节点通信半径γ以内的节点即为该节点的一跳邻居节点，该节点与其所有一跳邻居节点间的距离构成一跳距离矩阵；