[发明专利]一种无线传感器网络中的协作定位方法

说明书

本发明提供一种无线传感器网络中的协作定位方法。该定位方法基于每个待定位节点的接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)和估计位置的克拉美罗下界(Cramer‑Rao Lower Bound,CRLB)，为其划分不同的节点簇，并从节点簇中选取对定位精度更有利的参考节点，利用所选取参考节点的已知位置信息，使用线性最小二乘(Linear Least Squares,LLS)算法计算该待定位节点的位置。通过上述方法为待定位节点选取参考节点，以轻微降低定位精度的代价，极大减少无线传感器网络的能量消耗以及协作定位的计算复杂度。

技术领域

本发明属于无线定位技术领域，尤其涉及无线传感器网络中的协作定位。

背景技术

近几年来，对于位置信息的获取在无线系统(比如蜂窝网、无线局域网、无线传感器网络等)中受到很大的关注。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由一些具备感知环境参数能力的传感器节点组成的网络，并装备有无线传输设备进行无线通信。这种无线传感器网络被广泛使用于一些环境感知应用中，诸如水质监控、室内空气质量监控、精密农业管理等。上述的这些应用中，如果无法获取节点的具体位置信息是没有意义的，因而无线传感器网络中节点的定位问题成为目前炙手可热的研究之一。

目前无线传感器网络中的定位主要分为非协作定位和协作定位。传统的非协作定位中，待定位节点只通过位置信息已知的参考节点来计算自身的位置。协作定位中待定位节点的位置估计不仅需要依靠参考节点，还可以利用其他待定位节点的位置信息。通过节点之间的相互协作能够很好地提高定位精度，但同时会导致极大的能量消耗以及算法复杂度问题。由于无线传感器网络是一种能量受限的网络，因而如何在无线传感器网络的协作定位中实现定位精度与能量消耗及算法复杂度之间的权衡，是一个很有价值的研究方向。

发明内容

本发明以实现定位精度与能量消耗及算法复杂度之间的权衡为目标，提供一种无线传感器网络的协作定位方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无线传感器网络中的协作定位方法，包括以下步骤：

(1)在定位开始前，通过统计定位区域内随机分布的待定位节点对参考节点的RSS值的累积概率密度分布函数，设置接收信号强度阈值，将待定位节点接收到的网络中所有其通信范围内节点的RSS值与设置的阈值进行比较，将接收信号强度值大于阈值的节点划分到该待定位节点的节点簇中；

(2)计算待定位节点的节点簇中任意两个节点对其位置估计的CRLB值，以某一节点与节点簇中其他每个节点组合得到的所有该CRLB值总和的倒数作为该节点对待定位节点位置估计的贡献值；

(3)在定位过程中，由于信道的时变特性，如果待定位节点对其节点簇中某一节点的RSS值小于设置的阈值，且该节点的贡献值小于节点簇中其他所有节点，则在节点簇中节点数目大于3的前提下，将该节点从簇中去除，否则保留；如果待定位节点对其节点簇外某一节点的RSS值大于设置的阈值，且该节点的贡献值大于节点簇中贡献值最小的节点，则将该节点划分到此节点簇中；

(4)从待定位节点的节点簇中选取贡献值较大的节点作为该待定位节点的参考节点，利用所选取参考节点的位置信息，使用LLS算法计算其位置。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明充分考虑无线传感器网络能量受限的局限性问题，通过设置接收信号强度阈值，为待定位节点划分不同的节点簇，避免冗余节点参与定位导致网络负荷过大。所述方法降低无线传感器网络中协作定位的能量消耗及计算复杂度，并在此基础上充分考虑定位的精度问题，从节点簇中选取对待定位节点位置估计贡献值较大的节点作为参考节点进行定位，从而达到定位准确性与能量消耗及算法复杂度之间较好的折中。

附图说明

图1是无线传感器网络的定位场景图。