[发明专利]一种水声传感器网络节点自定位方法

权利要求书

1.一种水声传感器网络节点自定位方法，其特征在于：采用单锚节点发射固定能量的窄波束，采用波束切换的方式进行窄波束发射来进行自定位，其中：基于所述波束切换的自定位，通过锚节点与传感器节点的信息交互完成所述传感器节点的信息回传，所述传感器节点的信息回传以多跳方式进行，同一区间采用带延迟的aloha进行应答；步骤如下：

步骤1：锚节点首先使用GPS获取自身位置信息，标记为(X₁，Y₁)；然后在时刻t0开始发射波束，锚节点各个角度区间按逆时针的顺序无缝隙地发射窄波束，直至波束覆盖360°；所发射的窄波束中包含有锚节点坐标与当前发射角度；窄波束的角度为1°，在锚节点的0.5°，1.5°，2.5°，3.5°……355.5°的角度按顺序发射窄波束；每次发射窄波束后，停止一定的时间来接收传感器节点的信息，等待接收传感器节点信息完成后，继续下次发射；

步骤2：传感器节点通过TOA的方法来计算自己与锚节点的距离，所述传感器节点在布置时已完成时间同步；

计算步骤具体如下：

当开始接收波束信号时进行记录，当下时间记为Tk；

由于时间已经进行了同步，所以此时传感器节点可以通过TOA的方法来计算自己与锚节点的距离；

R＝C*(T_k-T_i) (3)

R传感器节点与锚节点的距离，C为水声速度；Ti为第i个角度区间发射波束的时刻，Tk是当前传感器节点接收到信息的时刻；

传感器节点计算自己的位置坐标：(X₁+R×sinβ，Y₁+R×cosβ)；

β为传感器节点通过接收到的信息得到角度信息，或通过之前设定的时间与角度的关系从接收信息的时刻来推出的角度信息；

之后传感器节点发送全向波信息；

步骤3：锚节点收到了回馈信息，记录下定位成功的传感器节点的id与坐标，开始在第二个角度区间发射窄波束，重复步骤2；

当锚节点的波束旋转了一周之后，锚节点得到所有传感器节点的坐标，所有的传感器节点得到自身的坐标，且所有的传感器节点均得到相邻传感器节点ID与坐标；

所述传感器节点的信息回传以多跳方式进行，同一区间采用带延迟的aloha进行应答，具体描述如下：

步骤一：判断在波束内是否有一跳抵达锚节点的传感器节点，距离最远的传感器节点会首先发送信息，因为当距离较远的第一传感器节点的信息传递出来时，较近的第二传感器节点也已经收到了锚节点的信息、知道其与锚节点的相对距离，在接收到第一传感器节点信息后，计算第一传感器节点与锚节点的距离，若发现这个距离小于第一传感器节点的传播距离，则不去管它，若发现这个距离是大于第一传感器节点的传播距离的时候，则在自己的传播信息里加上第一传感器节点所要传播的信息，打包进行发送给锚节点；

具体的，假定单跳的通信距离为γ，假定因换能器使得锚节点的窄波束能达到两跳的距离，那么延迟时间是与距离成反比的，且与水声传播速度相关，即延迟时间为：

对C加以修正，第二传感器节点在接收到了信息后再发送，即：

其中，为修正系数，C为水声传播速度，γ是单跳的通信距离，R是传感器节点与锚节点之间的距离；

步骤二：若在波束内没有一跳可抵达锚节点的传感器节点，则进行以下选择：

1) .通过已扫过的传感器节点回传信息，通过设定延迟时间在波束发射过一圈后再发送回传信息，即在原本的发送信息的时刻上加T，若接收到有标记从单跳无法到达的传感器节点发来的信息，则在时间到后发送，否则不发送；所述T为旋转一周的时间；

2) .通过未扫过的传感器节点回传信息，未扫过的传感器节点可以暂时记录下所接收的信息并打包，当波束扫到它的时候才进行发送。