[发明专利]一种无线传感网络中基于估距的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网络中的定位方法，特别涉及一种无线传感网络中基于估距的定位方法。

背景技术

近年来随着人们对无人值守下的环境监控、物体追踪、室内导航等需求的不断增加，无线传感网络的作用也越加明显。

传感器节点、数据处理终端、网关节点是组成无线传感网的基础，其组网方式采用多跳和对等方式,网络拓扑结构与无线Adhoc网络相似，具有自织织和自适应等动态变化等特性。

传感器节点散布在指定的感知区域内,它们能够从周围环境中读取的数据，但由于这些传感器节点体积微小，只有有限的计算处理能力，所以通常通过多跳路由的方式把数据传送到网关节点，然后交由数据处理终端集中处理。可以看出无线传感网是一种规模和资源严格受限的分布系统。

定位技术是传感器网络的应用基础，无线传感网的大多数应用都需要传感器节点的位置信息。传感网采集的数据需要位置信息才能表达该事件的含义，没有位置信息的数据几乎没有利用价值，因此位置信息是感知数据的重要组成部分。其次传感网的很多协议，比如拓扑控制、状态无关路由技术、目标追踪等都需要位置信息的支持才能实现。

无线传感网的定位系统中通常将传感器节点分为两类，一类称之为锚点,或称为信标节点，它是具有自主定位能力的节点；另一类称为未知节点，它们通过获取锚点的相关信息确定自己位置。

锚点的自主定位能力一般可通过GPS卫星或者人工配置手段来实现，出于成本和功耗等方面的考虑，锚点在整个网络节点中所占的比例通常很少。而未知节点的自身定位由算法来实现。

目前，传感网的定位算法大致可以分为基于测距的算法和无需测距的算法两类。由于无需测距的算法仅根据网络连通性实现定位，因此该算法具有抗干扰能力强，硬件成本低等优点，其中DV-Hop算法在无需测距类型中应用最为广泛。DV-Hop算法是用平均跳距与锚节点间最小跳数的乘积来近似表示未知节点到锚节点的距离。当未知节点受地形、环境和气候等因素的影响分布不均匀时，会导致较大的估距误差，使定位准确度下降；其次平均每跳距离存在一定的误差，当未知节点到锚点的跳数较大时，误差的累计效应会使得定位准确度大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供无线传感网络中基于估距的定位方法，采用该方法无线传感网络中估距误差小，定位准确度高，可以用于动物种群的跟踪、大范围的环境监测、安全生产监控、室内导航等领域。

该方法采用未知节点在每次估算距离时，依据所需估算的距离寻找最优估距锚点，各级是否存在最优估距锚点以及其类型将估距方式分成三种类型，每种类型以不同的方式获取估算距离以实现定位，最后用“非线性-跳数”加权因子对同一未知节点的多个估计坐标进行加权处理，以求得未知节点的坐标实现定位。

具体的技术方案是：

无线传感网络中基于估距的定位方法，有以下步骤：

1）将具有自主定位能力的锚点和未知节点随机分布在定位区域中；

2）锚点与未知节点的自身初始化；

3）各锚点向周围的未知节点发送包含自身ID与自身坐标的数据包，并将数据包中记录数据值的数据置为0；

4）未知节点接收步骤3）所述的各个锚点的数据包，提取数据包中的ID信息进行判断，若为首次接收该ID的数据包，则记录下该数据包，并将该数据包中的跳数值加1后向周围的未知节点和锚点转发，否则对已接收的相同ID的数据包进行比较，若当前接收的数据包中的记录转发次数的跳数值比已接收的相同ID的数据包中的跳数值小，则记录下该数据包，并将该数据包中的跳数值加1后转发，否则丢弃该数据包，若未知节点在一定时间后没有接收到下一个数据包则结束步骤4），否则继续进行步骤4）的比较；

5）各锚点将记录的其它锚点到该锚点的最小跳数值整理成该锚点的跳数表，并向网络中发送；

6）未知节点接收锚点发送的跳数表；

7）跳数表的数值进行估距计算；

8）估距计算值采用极大似然法计算三边定位坐标，若算出所有组合的三边定位坐标，则进行坐标加权；若没有算出所有组合的三边定位坐标，则重新用极大似然法计算三边定位坐标，至算出所有组合的三边定位坐标，进行坐标加权，求出坐标；

9）定位结束。

步骤1）所述的未知节点为通过获取锚点的相关信息确定自己位置的传感器节点，该相关信息包括，该未知节点到各个锚点的跳数值、各锚点的坐标以及各锚点发送的跳数表。

步骤5）所述各锚点表示为A(i)，其跳数表的形式如下：

锚点A(i)发送的跳数表