[发明专利]一种无线传感器网络中未知节点定位的方法与系统

权利要求书

1.一种无线传感器网络中未知节点定位的方法与系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：未知节点对信标节点数据集采集，采集信标节点的位置信息，一个初始值为0表示跳数的参数信息，区分不同信标节点的信标消息，得到参与未知节点定位的信标节点数据集；

步骤二：未知节点平均跳距的计算，设置跳数阈值P，筛选参与定位的信标节点，采用反距离加权校正方法，计算出未知节点到信标节点的估计距离和未知节点的平均跳距；

步骤三：未知节点位置坐标计算，根据未知节点与信标节点的两种分布情况，分别采用两种不同的节点坐标计算方法，最终计算出未知节点的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络中未知节点定位的方法与系统，其特征在于，步骤一中所述得到未知节点对信标节点数据集采集方法包括以下步骤：

步骤一：首先未知节点接收到参与定位的信标节点的信标消息后，创建一个用于记录节点到信标节点最小跳数的路由表，并且在传播过程中不断地更新；

步骤二：然后当节点接收信标消息时，首先它会先检查路由表中是否存在相应信标节点的记录。如果记录不存在，则节点将会在路由表中记录该信标节点的信标消息。如果记录存在，并且信标消息中的跳数值小于表中记录的值，则更新路由表中记录的值，并将此信息发给邻居节点，否则舍去。

3.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络中未知节点定位的方法与系统，其特征在于，步骤二所述的未知节点平均跳距的计算包括以下步骤：

步骤一：跳数阈值P的选择受到网络中节点的连通度以及信标节点在整个网络中所占比例的影响，且跳数阈值P随着连通度的增大而减小，随着信标节点占比的增大而减小。在a×a的正方形网络区域中，节点通信半径为R，参与定位的信标节点个数为N₁，整个网络的节点总数为N₂，信标节点的密度为ρ，则跳数阈值P的计算公式为：

式中P_max表示参与定位的信标节点到未知节点最小跳数集合中的最大值，该值的选取应该尽量满足所有未知节点的定位。根据信标节点到未知节点的最小跳数集，筛选出小于跳数阈值P的信标节点；

步骤二：筛选出参与定位的信标节点后，我们采用传统定位方法，采用公式(2)计算信标节点的平均跳距，采用公式(3)计算出未知节点到信标节点的距离：

其中，C_i表示信标节点i的平均跳距，(x_i，y_i)和(x_j，y_j)分别表示信标节点i，j的坐标，h_ij表示信标节点i和信标节点j之间的跳数；

d_Mi＝C_M×hop_Mi (3)

其中，d_Mi表示未知节点M与信标节点i之间的估计距离，C_M表示未知节点M的平均跳距，hop_Mi表示未知节点M与信标节点i之间的最小跳数；

步骤三：最后，我们提出反距离加权精度校正方法，对参与定位的信标节点进行加权计算，并根据公式(4)计算出信标节点的加权值，然后利用公式(5)从整体角度考虑，计算出未知节点的平均跳距，其计算公式为：

其中，W_i为信标节点i的平均跳距加权值，其计算公式为；

其中，C_M为未知节点M的平均跳距。

4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络中未知节点定位的方法与系统，其特征在于，步骤三所述的未知节点位置坐标计算包括以下步骤：

步骤一：对于满足多边测量法要求的节点，即以参与定位的信标节点为圆心，以信标节点到未知节点估算距离为半径，几何上形成多个圆交于一点的情况，采用多边测量法，计算未知节点的位置，其计算公式为：

其中，(x₀，y₀)表示未知节点M的坐标，(x_i，y_i)(i＝1，2，...，N)表示信标节点i的坐标，d_Mi表示未知节点M到信标节点i的估计距离。用公式(6)中的每一行依次去减最后一行，可以将公式(6)转化为公式(7)，其计算公式为：

公式(7)可以转化为矩阵形式AX＝b，其中A、X、b的计算公式分别为：

最后，通过最小二乘法求解该方程，节点分布情况一的未知节点位置坐标计算公式为：

X＝(A^TW_iA)^-1A^TW_ib (11)

步骤二：对于不满足多边测量法的节点，即以参与定位的信标节点为圆心，以信标节点到未知节点估算距离为半径，几何上形成多个圆交于一个范围的情况，采用质心定位算法，首先从N个信标节点中任意选取三个信标节点，计算未知节点的位置，其计算公式为：

根据公式(12)可以得到6个交点的坐标，对这6个交点坐标取平均值，即可得到此次使用质心定位算法计算得到的未知节点位置坐标，其计算公式为：

其中，(a₁，b₁)表示此次使用质心定位算法计算得到的未知节点位置坐标，表示交点坐标。对于N个信标节点，采用质心定位算法，可以得到节点分布情况二的知节点位置坐标，其计算公式为：

步骤三，根据以上两种方法求取的结果，最终得到未知节点M的位置坐标(x_M，y_M)的计算公式为：