[发明专利]面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的节点定位方法。具体而言，提出了一种采用移动锚节点技术和粒子群优化技术实现无线传感器网络节点自定位的方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，将其部署在监测区域内，可实现对网络覆盖区域内的被监测对象信息的协作感知、采集和处理，并将信息发送给观察者。

位置信息是被监测信息的重要组成部分，没有位置信息的监测信息通常是没有意义的。因此，以获取节点位置为目的的定位技术成为无线传感网的关键技术之一。

由于传感器节点的计算能力、存储能力和能量供应有限，必须采用专门的定位技术和方法。由于基于锚节点的定位方法可以获取网络节点的全局位置信息，而且定位精度高，所以得到广泛采用。显然这种方法中使用的锚节点越多，定位精度越高，但锚节点需要使用GPS或手工部署来获取自身位置，比普通传感器节点的成本要高很多。其次，传统的节点位置估算方法计算复杂性较高，不太适宜于实际应用中的无线传感器网络。再次，传感器网络越来越多的应用于水下、太空等三维空间，亟需提出适用于三维无线传感器网络的定位方法。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法。

本发明的面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，其特别之处在于，包括以下步骤：

a).部署移动锚节点，在待定位的无线传感器网络中部署可进行移动的锚节点；b).广播信标信息，移动锚节点以速度                                                沿希尔伯特曲线对整个网络进行遍历，并且在希尔伯特曲线的拐点处广播信标信息；按顺序对希尔伯特曲线的拐点按照进行编号，广播的信标信息包括广播信标信息时移动锚节点的坐标、信标信息编号、测距信息；希尔伯特曲线上相邻两拐点之间的距离满足不等式(1)：

    (1)

其中，为设移动锚节点的通信半径；c).信标信息的接收，传感器节点接收移动锚节点发送的信标信息；d).信标信息的选取，传感器节点从接收的信标信息中，选择出4个不共面的信标信息；e).建立目标函数，建立如公式（2）所示的粒子群优化算法的目标函数：

     （2）

其中，为待定位的传感器节点的估算坐标，为步骤d)中所选择的4个信标信息中第个的坐标，是传感器节点测得的与第个信标信息的距离；；f).建立搜索空间，设定如公式（3）所示的粒子群优化算法中的粒子搜索空间：

    （3）

其中，,;

,;

,;

为步骤d)中所选择的4个信标信息中第个的坐标，;

g).产生粒子群，随机产生个粒子，设、=分别是第个粒子的当前位置与飞行速度；h).求取个体最佳位置，设是第个粒子所经历的最佳位置，即使目标函数取最小值时的坐标值；通过公式（4）进行求取：

       (4)

其中，为迭代次数，为正整数；随机粒子群优化的进化方程为：

     （5）

其中、是加速常数，、是在（0,1）内均匀分布且相互独立的随机变量；i).求取全局最佳位置，根据步骤h)中获取的单个粒子的最佳位置，求取所有粒子所经历过的最好位置，即全局最佳位置；

         （6） 

其中，函数表达式为使目标函数取最小值的的坐标值；j).全局最佳位置的判断，判断步骤i)中获取的全局最佳位置所对应的目标函数值，是否小于或等于给定的阈值，如果小于或等于，则执行步骤l)；如果大于，则执行步骤k)；k).求取新的 、，通过产生新的粒子或采用对公式（5）对粒子进行进化，求取新的、，重新执行步骤j)，以避免目标函数陷入局部最优；l).获取估算位置，全局最佳位置即为该传感器节点的估算位置。

本发明的面向三维无线传感网的采用移动锚节点的定位方法，步骤c)中所述的信标信息的接收通过以下步骤来实现：c-1).节点被唤醒，传感器节点接收到移动锚节点广播的第一个信标信息时被唤醒，并存储第一个信标信息；c-2).设定生存时间，设置生存时间，自传感器节点最近接收到信标信息时刻起，生存时间每隔1秒进行减1操作；其中，是一个预定义常数；c-3).判断是否继续等待接收信标信息，判断＞0是否成立，如果成立，则继续保持唤醒状态，在接收到信标信息后，保存该信标信息，并重置，并按步骤c-2)进行减1操作；如果不成立，则执行步骤d)。