[发明专利]一种无线自组网节点定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，利用部分网络节点的已知位置和节点间的距离，推测出其余节点的位置。先明确自组网中各节点的准确位置，以便提供基于位置的服务，而且，利用节点的位置信息，可以有效地提高自组网的性能。

背景技术

有许多行业应用中，需要给用户提供基于位置的服务，这些服务依赖于用户知道自己当前的地理位置。譬如飞机场上的旅客想找到离自己当前位置最近的旅店；战场上的士兵想知道自己当前的地理位置。GPS是一种应用广泛的定位系统，然而，GPS主要用于室外环境下，而且出于成本、能源节省等因素，许多情况下GPS并不是合适的选择。

自组网是一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳的临时性自治系统，其网络节点具有功耗低、体积小、计算能力差和存储容量小等特点。自组网在给用户提供基于位置的服务之前，首先需要使构成网络的各节点获得自己的位置，节点的位置信息除了可以提供基于位置的服务，还可以用于设计出更高性能的自组网网络协议。因此无论是以增强自组网的性能为目的，还是以拓宽自组网的应用领域为出发点，都有必要使网络内各节点知道自己的位置。

本专利介绍的节点位置推测问题方法，其基本原理为：首先网络中的一部分节点利用GPS等方法获得其自身的位置，然后根据无线信号强度计算出各节点之间的距离，再根据距离来依次确定其余节点的位置。因此，要解决该问题，网络需要具备以下先决条件：

1)网络中的节点能够通过无线媒介相互通信，也就是说，网络必须是连通的。这也是自组网存在的基本条件。

2)网络中的一部分节点具有获知其自身位置的能力，譬如利用GPS定位或者预先设置了固定的位置等。换句话说，网络中的部分节点的位置是已知的。我们的位置推测算法需要从这些位置已知的节点出发，推测出其余节点的位置。

3)网络中的每个节点都具有根据无线信号接收强度计算出自己与邻节点之间的距离的能力。

为了把以上先决条件用公式表达出来，首先定义公式符号。设网络中任意节点n_i(0≤i＜N；N为节点个数)的绝对位置为p_i，它可以利用接收到的邻节点n_j发送的无线信号强度计算出两者间的距离di_，j。网络中的一部分节点能够预先获知自己的位置，称之为基准节点；其余节点不能预先获知自己的绝对位置，称之为待测节点。设待测节点有M个，分别表示为n_o，n₁，…，n_M-1；则基准节点可分别表示为n_M，…，n_N-1。

此外，为了在节点n_i、n_j间的距离远到无法直接通信(两者不是相邻节点)的情况下仍然可以用d_i，j表示两者间的距离，我们把d_i，j定义为：

其中，d_max+定义为大于等于d_max的值，按下式计算：d_max+＝max(|P_i-P_j|，d_max)。

利用前面定义的符号，可以把节点位置推测问题重新表述如下：已知基准节点的绝对位置为p_i(M≤i＜N)，要求利计算得到的节点间的距离d_i，j(0≤i，j＜N)来推测出待测节点的位置p_i(0≤i＜M)。

发明内容

本发明的目的就是为了使构成自组网络的各节点获得自己的位置，以便给用户提供基于位置的服务，提供一种无线自组网中的节点位置推测算法。

自组网可以用一个无向图模型G(V，E)来表示，其中：V是节点的有限集合；E是无线链路边的有限集合，网络中的每个节点都分配一个全网唯一的地址标志符n_i(0≤i＜N；N为节点个数)。每个节点根据无线信号传输模型具有相同的最大传输距离d_max。如果节点n_i与节点n_j(i≠j且0≤i，j＜N)能够直接通信，则在两者间存在一条无向无线链路边，称节点n_i与节点n_j互为邻节点，此时两者间的距离必然小于最大传输距离，即有：d_i，j＜d_max。

本发明所采取的技术方案如下：