[发明专利]无线传感器网络中基于速度采样区的移动节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络定位算法，更具体地说，是一种用来在无线传感器网络上进行移动节点定位的方法。

背景技术

在信息技术飞速发展的今天，互联网为普通大众提供了便捷、迅速的通讯平台，极大地方便了人与人之间的信息交流，无线传感器网络技术的产生将彻底改变人类自古以来仅仅靠自身的触觉、视觉、嗅觉来感知信息的现状，极大的提高了人类获取信息的准确性和灵敏度，无线传感器网络(WSN)可使人们随时随地获取大量详实和可靠的信息，从而真正实现“无处不在的计算”理念。由于无线传感器网络是计算机科学技术的一个新研究领域，在实际应用中具有广阔的前景，因此，它的出现引起了全世界范围的广泛关注。

无线传感器网络作为一个新兴的研究领域，在基础理论和应用技术方面给研究者提出了极具挑战性的研究工作，本文所涉及的节点定位技术就是其中之一。在无线传感器网络的现实应用中，人们所关心的其中一个重要问题就是事件所发生的具体位置。对于大多数应用，如大范围的动物跟踪，敌区情报侦察，地质环境恶劣地区的环境监测，突发事件的具体地点等等，节点定位尤为重要，对于那些只知道感知数据而不知道其所感知的相应的具体位置感知是没有实际意义的。因此，通过获取节点位置来确定事件发生的位置是传感器网络最基本功能之一，对传感器网络应用的有效性有着重要的作用。GPS全球卫星定位系统虽能够提供较精确的地理位置信息，但它只适用于无遮挡的室外定位，并且部署成本昂贵、能耗大，因此不适合于低成本、低功耗、自组织、应用环境相对复杂的无线传感器网络。

无线传感器网络同时是物联网的一个重要组成部分，也是当前信息领域的一个研究热点。对无线传感器网络中节点定位问题的研究，特别是用于定位符合实际生产应用方面需求的节点精确定位研究，具有一定的研究和使用价值。

在无线传感器网络的诸多应用中，需要传感器节点处于运动状态。比如：我们要考察野外某种动物的生活习性，可以在其身上加装传感器节点，利用传感器节点来记录动物一天的行踪和生活习性，进而对此物种进行更深层次地了解和研究。因此，原本处于静止状态的节点，由于动物的运动，会随着动物的运动而处于移动的状态，同时，动物的位置信息无时无刻不在变化，因此节点的位置信息也是处于不断地变化之中。当节点处于移动状态，整个网络的拓扑结构会频繁的变化，此时若仍然采用静态节点定位算法的定位机制，则需要不断地更新节点的位置信息，也即普通节点和锚节点之间会不断地进行通信来交换位置坐标信息，这无疑会造成节点能量过多的消耗，极易造成节点由于能量过早的用尽，而出现节点的死亡，同时也会降低网络的相应能力以及定位的精度。那么，如何在节点移动的网络中，实现低成本、低功耗、精度较高的定位，成为本章研究的重点。

无线传感器网络是由未知自身位置的普通节点和已知自身位置的锚节点所构成。因此，针对节点的状态，在移动无线传感器网络环境中一般存在以下三种运动的情况：锚节点处于移动状态，普通节点处于静止状态；锚节点处于静止状态，普通节点处于移动状态；锚节点和普通节点均处于移动状态。

无线传感器网络纯移动定位算法有：包括普通节点和锚节点在内的所有节点均加装了GPS装置的移动定位系统、个别节点使用GPS的移动定位系统以及不使用GPS的移动定位系统。全部的节点均使用GPS装置的移动定位系统有ZebraNet系统，个别节点使用GPS装置的移动定位系统有MCL(Monte Carlo Localization)算法(Nelson T Y, Boots B, Wulder M,et al. Predicting Forest Age Classes from High Spatial Resolution Remotely Sensed Imagery Using Voronoi Polygon Aggregation[J]. GeoInformatica, 2004,8:143-155.)；不使用GPS装置的移动定位系统有DL(directional localization)系统(邱岩,赵冲冲.无线传感器节点定位技术研究[J].计算机科学,2008,35(5):47-50.)。