[发明专利]一种WSN节点的定位方法及装置

说明书

本发明公开了一种WSN节点的定位方法及装置，该方法包括确定WSN中未知节点和连通未知节点的信标节点之间的信号，确定WSN中任意像素单元和连通所述未知节点的信标节点之间的信号，根据未知节点和连通未知节点的信标节点之间的信号以及WSN中任意像素单元和连通未知节点的信标节点之间的信号，生成目标函数，搜索WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为未知节点。通过搜索WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为未知节点可以实现高精度低功耗的节点定位。

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络(WirelessSensor Network,简称WSN)节点的定位方法及装置。

背景技术

WSN是物联网的基本组成部分，其利用多个传感器节点通过自组织的方式构成无线网络，是物联网用来感知、识别以及处理网络覆盖区域中被监测对象的信息生产和采集系统。随着传感器技术、嵌入式计算技术、计算机网络技术和无线通信技术等的不断发展，无线传感器网络技术也逐渐走向成熟，并在军事侦察、环境监测、目标跟踪、医疗护理等诸多领域的应用不断普及。

WSN节点定位是指未知节点基于网络中位置已知的邻近信标节点，通过有限的通信对于自身在系统中位置的估计。传感器节点自身的准确定位是实现对所监测对象进行定位、跟踪等应用的前提，是WSN研究的基础性问题和热点问题之一。现有的WSN节点定位方法基本可以分为两类：基于测距的定位方法和基于非测距的定位方法。基于测距的定位方法通过未知节点与邻近信标节点间的通信具体计算两者之间距离或者方位，并基于此实现节点自身定位。经典方法有基于接收信号强度(Received signal strength indication,简称RSSI)测距定位如文献1：Yaghoubi F.,Abbasfar A.-A.,Maham B..Energy-EfficientRSSI-Based Localization for Wireless Sensor Networks 2014.2：Sahu P.K.,WuE.H.-K.,Sahoo J..DuRT:Dual RSSI trend based localization for wireless sensornetworks 2013.3：Slavisa Tomic,Marko Beko,Rui Dinis.RSS-Based Localization inWireless Sensor Networks Using Convex Relaxation:Noncooperative andCooperative Schemes 2015.中公开的技术。基于信号传播时间(Time of arrival,简称TOA)测距定位如文献1：Yu K.,Guo Y.J.,Hedley M..TOA-based distributedlocalisation with unknown internal delays and clock frequency offsets inwireless sensor networks 2009.2：Enyang Xu,Zhi Ding,Dasgupta S..SourceLocalization in Wireless Sensor Networks From Signal Time-of-ArrivalMeasurements 2011.中公开的技术。基于信号到达时间差(Time difference of arrival,简称TDOA)测距定位如文献1：Bandiera F.,Coluccia A.,Ricci G.,Ricciato F.,SpanoD..TDOA Localization in Asynchronous WSNs 2014.中公开的技术。大部分基于测距的定位方法需要另外的基础设备硬件支持，系统成本也随之增加，并且，为了降低距离或者角度测量所产生的误差，一般基于测距的定位方法都会使用一些计算及通信开销较大的方法以达到降低测量误差的目的。因此，虽然基于测距的定位方法大多误差较小，但是普遍硬件成本较高或者定位能耗较大，所以不适合应用于实际中。基于非测距的定位方法并不具体计算未知节点与邻近信标节点间的距离或者方位，而是利用网络连通性、节点间跳数等信息实现节点自身定位。经典方法有基于质心定位方法如文献1：Ninipama Bulusu,JohnHeidemann,Deborah Farm.GPS-less Low Cost Outdoor Localization for Very SmallDevices 2000.2：Rui Jiang,Zhen Yang.An improved centroid localizationalgorithm based on iterative computation for wireless sensor network 2016.中公开的技术。近似三角形内点测试(Approximate point-in-triangulation test,简称APIT)定位方法如文献1：Yong Zhou,Xin Ao,Shixiong Xia.An Improved APIT NodeSelf-localization Algorithm in WSN 2008.2：Feng Yu,Qin Wang,Xiaotong Zhang,Chong Li.ALocalization Algorithm for WSN Based on Characteristics of PowerAttenuation 2008.3：Jizeng Wang,Hongxu Jin.Improvement on APIT LocalizationAlgrithms for Wireless Sensor Networks 2009.中公开的技术。DV-hop定位方法如文献1：Hadir A.,Zine-Dine K.,Bakhouya M.,El Kafi J.An Optimized DV-hopLocalization Algorithm Using Average Hop Weighted Mean in WSNs 2014.2：JunXiang,Wei Wei Tan.An Improved DV-hop Algorithm Based on Iterative Computationfor Wireless Sensor Network Localization 2013.中公开的技术。凸规划定位方法如文献1：Lance Doherty,Laurent EL Ghaoui,Kristofer S.J.Pister.Convex PositionEstimation in Wireless Sensor Networks 2001.中公开的技术。该类方法由于不需要精确计算未知节点与邻近信标节点间的距离或者角度，因而减少了定位方法的计算量和通信开销，从而显著降低了定位过程中对于网络的硬件设备要求和节点能量的消耗，在实际应用中受到越来越多的关注。但是由于大部分基于非测距的方法定位精度相对较低，大大限制了其在实际中的广泛应用。