[发明专利]一种移动无线传感器网络定位方法

摘要

本发明公开了一种移动无线传感器网络定位方法，该方法可较好的克服上述现存定位方法的问题。该方法通过邻居节点之间的交互信息估算每个节点可能的位置边界。不仅允许传感器网络中的所有节点保持静止或随机运动，还削减了对定位过程对种子节点的依赖，实现了能耗的均匀分布，解决种子节点周围能耗过大的问题，从而延长网络生存期。

主权项

一种移动无线传感器网络定位方法，其特征在于：1)初始位置估计：每个节点利用改进的DV-Hop机制通过三边测距，估算自己的初始位置；具体步骤为：首先，种子节点将自己的位置信息广播到整个网络，每个节点都更新自己的一个表{Xi，Yi，hi，ti，TTL}，并将这个信息转发给它的邻居，其中，i表示种子节点的ID，(Xi，Yi)表示种子节点的位置坐标，hi表示节点距离i号种子的跳数，ti表示一个节点收到相同hi的次数，TTL表示网络生存期；用hi-1+1/ti代替原来的hi降低最后一跳估算误差；然后，每个种子节点收到距离其他种子节点的跳数信息，来估算平均每跳距离，将平均每跳距离传给它的一跳邻居节点，再由邻居判断是否继续转发；若节点收到来自三个以上不同种子传来的平均每跳距离，立即停止接收和转发其他节点传来的消息；其次，每个节点都拥有距两个以上种子节点的跳数和平均每跳距离，它们的乘积就是到种子节点的距离；最后通过三边测距算法，计算每个节点的初始位置坐标；2)动态邻居更新利用节点的移动提供的更多联通和位置信息实现高效的移动定位，在这个阶段，网络中所有节点可自由的移动，假设每个传感器节点拥有相同的理想的射频范围r，所有的节点需要根据自己前一时刻的位置，最大移动速度以及邻居节点的位置信息来估算当前时刻的位置，这个阶段是预测和修正两个步骤不断迭代的过程：在预测阶段的第1个时间单元节点预测自己可能的位置集合S1在一个圆内，这个圆的圆心是它在初始位置估算阶段计算的节点位置坐标，半径是节点的最大移动速度vmax，在接下来的时间单元，St的边界是St-1边界的同心圆，半径比它前一时刻的位置边界的半径大vmax；在位置修正阶段，节点通过邻居间的相互协作，每个节点计算自己可能的位置集合与邻居可能的射频范围的重叠区域作为它的新的位置集合；估算误差的存在可能导致本来重叠区域估算出的边界不相交，这类问题满足如下条件： ( x 1 - x 2 ) 2 + ( y 1 - y 2 ) 2 > r 1 + r 2 其中(x，y)表示圆心坐标，r代表边界的半径，这时需要利用种子节点提供的信息，把它邻居节点中那些误差较大的点进一步修正，使用如下公式： x = x 1 + ( x 2 - x 1 ) ( r 1 + r 2 - α ) ( x 2 - x 1 ) 2 + ( y 2 - y 1 ) 2 y = y 1 + ( y 2 - y 1 ) ( r 1 + r 2 - α ) ( x 2 - x 1 ) 2 + ( y 2 - y 1 ) 2 邻居相互更新的机制导致重叠区域的边界变得越来越复杂，随着时间的推移，计算量会变得越来越大，用最大内切圆的近似策略来把重叠区域规则化的同时又在最大程度上维持估算精度： ( x 1 - a 1 ) 2 + ( x 2 - b 1 ) 2 - ( x 3 - c 1 ) 2 = 0 ( x 1 - a 2 ) 2 + ( x 2 - b 2 ) 2 - ( x 3 - c 1 ) 2 = 0 . . . ( x 1 - a n ) 2 + ( x 2 - b n ) 2 - ( x 3 - c n ) 2 = 0 当n＞3时，这个方程组就是个超定的非线性方程组，需要非线性优化的方法来近似： J ( x k ) T J ( x k ) + ▿ f ( x k ) = 0 .