專利名稱：動態(tài)節(jié)點定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的定位方法，特別是一種 動態(tài)節(jié)點定位方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、微處理技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展與
日益成熟，具有感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,簡稱WSN)開始受到廣泛關(guān)注。對大多數(shù)應(yīng)用來說，只有 結(jié)合了位置信息，傳感器獲取的數(shù)據(jù)才有實際意義。此外，節(jié)點的自身定位 還可以應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究，例如設(shè)計基于節(jié)點位置信息的路 由方法以提高路由效率等。因此節(jié)點自身定位問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中十分 重要的問題之一。根據(jù)定位機制，現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位方法可以分為 兩大類基于測距(range-based)技術(shù)的定位方法和無需測距(range-free) 的定位方法。基于測距技術(shù)的定位方法(如T0A、 A0A、 TD0A等)需要測量節(jié) 點間的距離或角度等信息，如三邊測量法、三角測量法等計算節(jié)點位置。該 方法雖然可以獲得較精確的定位，但對網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)施提出了較高的要求， 同時在定位過程中需要產(chǎn)生大量的計算和通信開銷。無需測距的定位方法(如 Centroid、 DV-Hop、 APIT等)無需距離和角度信息，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等實 現(xiàn)節(jié)點的定位。該方法雖然具有低成本、小功耗等方面的優(yōu)勢，但只適用于 靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位。
對于動態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位問題，現(xiàn)有4支術(shù)提出了一種蒙特卡 羅定位方法(Monte Carlo localization,筒稱MCL)。蒙特卡羅定位方法主 要包括三部分初始化階段、預測階段和過濾階段，初始化階段是從整個網(wǎng)
4絡(luò)范圍內(nèi)隨機選擇M個樣本點，預測階段是根據(jù)運動模型預測樣本點下一位 置，過濾階段是根據(jù)觀測信息過濾樣本，如果剩余的合法樣本數(shù)少于預先設(shè) 定的采樣數(shù)，則進行重新采樣操作。研究表明，蒙特卡羅定位方法雖然具有 較高的定位精度，但由于該方法為獲得有效樣本的抽樣次數(shù)過多且采樣準確 率很低，使該方法存在迭代次數(shù)多、計算量大、節(jié)點能量消耗大等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種動態(tài)節(jié)點定位方法，具有迭代次數(shù)少、計算量 小、節(jié)點能量消耗小、節(jié)能等優(yōu)點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種動態(tài)節(jié)點定位方法，包括 步驟1、未知節(jié)點采集并存儲T時刻錨節(jié)點信息，所述錨節(jié)點信息包括 錨節(jié)點的坐標；
步驟2、判斷錨節(jié)點的類型，當錨節(jié)點為一跳錨節(jié)點時，執(zhí)行步驟3，當 錨節(jié)點為二跳錨節(jié)點時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點，執(zhí)行步驟7; 步驟3、未知節(jié)點測量并記錄每個一跳錨節(jié)點的信號強度值； 步驟4、判斷一跳錨節(jié)點的數(shù)量，當一跳錨節(jié)點的數(shù)量大于1時，執(zhí)行 步驟5,當一跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點， 執(zhí)行步驟7;
步驟5、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標和信號強度值確定樣本點的采樣區(qū) 域，所述采樣區(qū)域是反映未知節(jié)點與所有 一跳錨節(jié)點之間距離關(guān)系的區(qū)域；
步驟6、從所述采樣區(qū)域內(nèi)隨機選取數(shù)個樣本點作為T時刻的樣本集；
步驟7、對所述樣本集中的樣本點進行過濾處理，保留樣本集中的有效 樣本點。
所述步驟7之后還包括
步驟8、判斷所述樣本集中有效樣本點的數(shù)量是否小于預先設(shè)定的采樣 數(shù)，是則執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟9;步驟9、估算T時刻未知節(jié)點的坐標。
所述步驟9包括計算樣本集中所有樣本點坐標的平均值，作為T時刻 未知節(jié)點的坐標。
所述步驟7包括
步驟71、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第一限制區(qū)域，根 據(jù)所有二跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第二限制區(qū)域；
步驟72、對所述樣本集中的樣本點進行過濾處理，去除樣本集中位于所 述第一限制區(qū)域和第二限制區(qū)域以外的樣本點，保留樣本集中的有效樣本點。
所述步驟71中根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第一限制區(qū) 域包括根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標確定所有未知節(jié)點的所在區(qū)域，所述未 知節(jié)點的所在區(qū)域是以一跳錨節(jié)點的坐標為圓心、半徑為R的圓形區(qū)域，其 中R為未知節(jié)點的通信半徑；計算所有未知節(jié)點的所在區(qū)域的重疊區(qū)域，作 為未知節(jié)點的第一限制區(qū)域。
所述步驟71中根據(jù)所有二跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第二限制區(qū) 域包括根據(jù)所有二跳錨節(jié)點的坐標確定所有未知節(jié)點的所在區(qū)域，所述未 知節(jié)點的所在區(qū)域是以二跳錨節(jié)點的坐標為圓心、半徑為R的圓形與半徑為 2R的圓形之間的環(huán)形區(qū)域，其中R為未知節(jié)點的通信半徑；計算所有未知節(jié) 點的所在區(qū)域的重疊區(qū)域，作為未知節(jié)點的第二限制區(qū)域。
在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述步驟5包括
步驟51、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的信號強度值確定未知節(jié)點與所有一跳錨 節(jié)點之間的距離關(guān)系；
步驟52、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標，通過錨節(jié)點之間的中垂線設(shè)置多 個具有距離特性的區(qū)域；
步驟53、才艮據(jù)未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間的距離關(guān)系，在所述多個 具有距離特性的區(qū)域中選擇反映未知節(jié)點與所有 一跳錨節(jié)點之間距離關(guān)系的 區(qū)域，作為樣本點的采樣區(qū)域。
6本發(fā)明提出了一種動態(tài)節(jié)點定位方法，通過一跳錨節(jié)點的信號強度值確 定采樣區(qū)域，在初始化階段和預測階段有效增加了樣本點采樣的準確率，減 少了獲得有效樣本點的抽樣次數(shù)，實現(xiàn)了減少迭代次數(shù)、降低節(jié)點能量消耗 的目的，使本發(fā)明具有計算量小、節(jié)能等優(yōu)點。與現(xiàn)有技術(shù)蒙特卡洛動態(tài)定 位方法相比，本發(fā)明在初始化階段和預測階段利用偵聽到的錨節(jié)點的信號強 度值確定樣本點的采樣區(qū)域，使得未知節(jié)點在預測階段某一 時刻產(chǎn)生的樣本 集中有更多的有效樣本點，減少了過濾階段需要排除的無效樣本點的個數(shù)， 從而節(jié)省了未知節(jié)點因多次迭代所消耗的能量。本發(fā)明無需外加任何新硬件 即可實現(xiàn)動態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的精確定位，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明動態(tài)節(jié)點定位方法的流程圖2為本發(fā)明確定未知節(jié)點與二個錨節(jié)點距離關(guān)系的示意圖3為本發(fā)明確定樣本點的采樣區(qū)域的流程圖4為本發(fā)明確定樣本點的采樣區(qū)域的示意圖5為本發(fā)明根據(jù)一跳錨節(jié)點確定未知節(jié)點所在區(qū)域的示意圖6為本發(fā)明根據(jù)二跳錨節(jié)點確定未知節(jié)點所在區(qū)域的示意圖7為本發(fā)明對樣本集中的樣本點進行過濾處理的流程圖8為本發(fā)明確定未知節(jié)點的第一限制區(qū)域的示意圖9為本發(fā)明確定未知節(jié)點的第二限制區(qū)域的示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。 圖1為本發(fā)明動態(tài)節(jié)點定位方法的流程圖，包括
步驟l、未知節(jié)點采集并存儲T時刻錨節(jié)點信息，所述錨節(jié)點信息包括 錨節(jié)點的坐標；說明書第5/12頁
步驟2、判斷錨節(jié)點的類型，當錨節(jié)點為一跳錨節(jié)點時，執(zhí)行步驟3，當 錨節(jié)點為二跳錨節(jié)點時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點，執(zhí)行步驟7; 步驟3、未知節(jié)點測量并記錄每個一跳錨節(jié)點的信號強度值； 步驟4、判斷一跳錨節(jié)點的數(shù)量，當一跳錨節(jié)點的數(shù)量大于1時，執(zhí)行 步驟5，當一跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點， 執(zhí)行步驟7;
步驟5、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標和信號強度值確定樣本點的采樣區(qū) 域，所述采樣區(qū)域是反映未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間距離關(guān)系的區(qū)域； 步驟6、從所述采樣區(qū)域內(nèi)隨機選取數(shù)個樣本點作為T時刻的樣本集； 步驟7、對所述樣本集中的樣本點進行過濾處理，保留樣本集中的有效 樣本點。
隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，節(jié)點可以方便地獲得錨節(jié)點廣播信號 的信號強度值(RSSI)。為此，本發(fā)明提出了一種利用該信號強度值限制樣 本點的采樣區(qū)域的技術(shù)方案，通過錨節(jié)點的信號強度值確定未知節(jié)點與錨節(jié) 點的距離關(guān)系。無線信號傳播通常具有以下特性接收點離發(fā)送方越近，測 得的信號強度越強；接收點離發(fā)送方越遠，測得的信號強度越弱。圖2為本 發(fā)明確定未知節(jié)點與二個錨節(jié)點距離關(guān)系的示意圖，其中的錨節(jié)點均為一跳 錨節(jié)點。如圖2所示，根據(jù)第一錨節(jié)點A和第二錨節(jié)點B的坐標可以獲得二 個錨節(jié)點之間的中垂線，即直線L3為第一錨節(jié)點A與第二錨節(jié)點B之間的中 垂線，直線L3將平面區(qū)域劃分為二個區(qū)域。根據(jù)中垂線定理可知，直線L3 上的任意一點到第一錨節(jié)點A和第二錨節(jié)點B的距離相等，直線L3 —側(cè)(如 右側(cè))區(qū)域內(nèi)任意一點到第二錨節(jié)點B的距離小于到第一錨節(jié)點A的距離， 直線L3另一側(cè)(如左側(cè))區(qū)域內(nèi)任意一點到第一錨節(jié)點A的距離小于到第二 錨節(jié)點B的距離。因此直線U將平面區(qū)域劃分的二個區(qū)域可以唯一地反映區(qū) 域內(nèi)任意一點與第一錨節(jié)點A和第二錨節(jié)點B的距離關(guān)系。假如每個區(qū)域內(nèi) 都有一個點P，點P到第一錨節(jié)點A的距離為PA，點P到第二錨節(jié)點B的距
8離為PB，則二個區(qū)域具有如下特性 區(qū)域一PA>PB;區(qū)i或二 PB〉PA。
假定第一錨節(jié)點A廣播的信號到達未知節(jié)點N的信號強度值為RSSIA,第 二錨節(jié)點B廣播的信號到達未知節(jié)點N的信號強度值為RSSIb，且RSSIA< RSSIb,則根據(jù)無線信號傳播的特性，可以推斷出未知節(jié)點N到二個錨節(jié)點的 距離關(guān)系為未知節(jié)點N到第一錨節(jié)點A的距離NA〉未知節(jié)點N到第二錨節(jié) 點B的距離NB，根據(jù)未知節(jié)點N到二個錨節(jié)點的距離關(guān)系以及前述二個區(qū)域 的特性，可以最終推斷出未知節(jié)點N所在的區(qū)域。圖2中，未知節(jié)點N所在 的區(qū)域為直線L3的右側(cè)。同理，假設(shè)未知節(jié)點能夠偵聽到n個一跳錨節(jié)點， 每兩個一跳錨節(jié)點間可以做一條中垂線，n個一跳錨節(jié)點共可做出n(n-l)/2 條中垂線，將把平面區(qū)域劃分成多個區(qū)域，這些區(qū)域共分為三種點、線段、 多邊形，點的數(shù)量為n4/8-n74-n2/8+n/4，線的數(shù)量為n78_n3/4+n2/4，面的 數(shù)量為nV8-n3/4+3n78-n/4+l,每個多邊形同樣具有上述反映未知節(jié)點與錨 節(jié)點之間距離關(guān)系的特性。
具體到本發(fā)明，在T時刻時，未知節(jié)點采集并存儲錨節(jié)點信息，錨節(jié)點 包括一跳錨節(jié)點和二跳錨節(jié)點，錨節(jié)點信息包括一跳錨節(jié)點的坐標和二跳錨 節(jié)點的坐標。未知節(jié)點判斷錨節(jié)點的類型，當判斷出錨節(jié)點為二跳錨節(jié)點時， 則從T-1時刻的樣本集中選取數(shù)個樣本點，對樣本集中的樣本點進行過濾處 理，去除樣本集中的無效樣本點，保留樣本集中的有效樣本點。當判斷出錨 節(jié)點為一跳錨節(jié)點時，未知節(jié)點測量并記錄每個一跳錨節(jié)點的信號強度值， 并進一步判斷一跳錨節(jié)點的數(shù)量。當一跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時，則從T-1 時刻的樣本集中選取數(shù)個樣本點，對樣本集中的樣本點進行過濾處理，去除 樣本集中的無效樣本點，保留樣本集中的有效樣本點。當一跳錨節(jié)點的數(shù)量 大于1時，根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標和信號強度值確定樣本點的采樣區(qū)域， 該采樣區(qū)域是反映未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間距離關(guān)系的區(qū)域，之后從 該采樣區(qū)域內(nèi)隨機選取M個樣本點作為T時刻的樣本集，對樣本集中的樣本
9點進行過濾處理，去除樣本集中的無效樣本點，保留樣本集中的有效樣本點。 由于本發(fā)明利用 一跳錨節(jié)點的信號強度值確定了采樣區(qū)域，因此有效增加了 樣本點釆樣的準確率。
圖3為本發(fā)明確定樣本點的采樣區(qū)域的流程圖。在圖1所示技術(shù)方案中， 步驟5包括
步驟51、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的信號強度值確定未知節(jié)點與所有一跳錨 節(jié)點之間的距離關(guān)系；
步驟52、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標，通過錨節(jié)點之間的中垂線設(shè)置多 個具有距離特性的區(qū)域；
步驟53、根據(jù)未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間的距離關(guān)系，在所述多個 具有距離特性的區(qū)域中選擇反映未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間距離關(guān)系的 區(qū)域，作為樣本點的采樣區(qū)域。
圖4為本發(fā)明確定樣本點的采樣區(qū)域的示意圖，以三個一跳錨節(jié)點為例。 首先根據(jù)錨節(jié)點的信號強度值確定未知節(jié)點與錨節(jié)點之間的距離關(guān)系。假定 第一錨節(jié)點A廣播的信號到達未知節(jié)點N的信號強度值為RSSIa,第二錨節(jié)點 B廣播的信號到達未知節(jié)點N的信號強度值為RSSIb，第三錨節(jié)點C廣播的信 號到達未知節(jié)點N的信號強度值為RSSIc,且RSSL〈RSSIc〈RSSIb，則根據(jù)無線 信號傳播的特性，可以推斷出未知節(jié)點N到三個錨節(jié)點的距離關(guān)系為未知 節(jié)點N到第一錨節(jié)點A的距離NA〉未知節(jié)點N到第三錨節(jié)點C的距離NC〉未知 節(jié)點N到第二錨節(jié)點B的距離NB。
然后根據(jù)錨節(jié)點的坐標，通過錨節(jié)點之間的中垂線設(shè)置多個具有距離特 性的區(qū)域。如圖4所示，根據(jù)第一錨節(jié)點A、第二錨節(jié)點B和第三錨節(jié)點C 的坐標可以獲得三個錨節(jié)點之間的中垂線，直線L1為第二錨節(jié)點B與第三錨 節(jié)點C之間的中垂線，直線L2為第 一錨節(jié)點A與第三錨節(jié)點C之間的中垂線， 直線L3為第一錨節(jié)點A與第二錨節(jié)點B之間的中垂線，直線L1、直線L2和 直線L3在一點相交，并將平面區(qū)域劃分為六個區(qū)域。根據(jù)中垂線定理可知，直線Ll上的任意一點到第二錨節(jié)點B和第三錨節(jié)點C的距離相等，直線LI 一側(cè)(如右側(cè))區(qū)域內(nèi)任意一點到第二錨節(jié)點B的距離大于到第三錨節(jié)點C 的距離，直線L1另一側(cè)(如左側(cè))區(qū)域內(nèi)任意一點到第二錨節(jié)點B的距離小 于到第三錨節(jié)點C的距離；同理，直線L2上的任意一點到第一錨節(jié)點A和第 三錨節(jié)點C的距離相等，直線U上的任意一點到第一錨節(jié)點A和第二錨節(jié)點 B的距離相等。因此直線L1、直線L2和直線L3將平面區(qū)域劃分的六個區(qū)域 可以唯一地反映區(qū)域內(nèi)任意一點與第一錨節(jié)點A、第二錨節(jié)點B和第三錨節(jié) 點C的距離關(guān)系。假如每個區(qū)域內(nèi)都有一個點P,點P到第一錨節(jié)點A的距 離為PA，點P到第二錨節(jié)點B的距離為PB,點P到第三錨節(jié)點C的距離為 PC,則六個區(qū)域具有如下特性
區(qū)域一PA〉PB〉PC;區(qū)i或二 PA〉PC〉PB;區(qū)i或三PB〉PC〉PA;
區(qū)域四PB〉PA〉PC;區(qū)域五PC〉PA〉PB;區(qū)域六PC〉PB〉PA。
最后，根據(jù)未知節(jié)點N到三個錨節(jié)點的距離關(guān)系，在六個具有距離特性 的區(qū)域中選擇一個可以反映未知節(jié)點與三個錨節(jié)點之間距離關(guān)系的區(qū)域，并 將該區(qū)域作為樣本點的采樣區(qū)域X1(圖4中的陰影區(qū)域)。
在獲得T時刻的樣本集后，本發(fā)明根據(jù)未知節(jié)點的所在區(qū)域作為過濾條 件對樣本集中的樣本點進行過濾處理，以獲得有效樣本點。假設(shè)未知節(jié)點的 通信范圍為以未知節(jié)點的坐標為圓心，以未知節(jié)點的通信半徑R為半徑的圓 形區(qū)域。圖5為本發(fā)明根據(jù)一跳錨節(jié)點確定未知節(jié)點所在區(qū)域的示意圖。如 圖5所示，如果未知節(jié)點N只能偵聽到一跳錨節(jié)點Al的信息但無法獲得二跳 錨節(jié)點的信息，說明一跳錨節(jié)點Al與未知節(jié)點N間的距離d應(yīng)該滿足d〈R, 則未知節(jié)點N的所在區(qū)域是以該一跳錨節(jié)點Al的坐標為圓心、以未知節(jié)點的 通信半徑R為半徑的圓形Dl所包含的區(qū)域。圖6為本發(fā)明根據(jù)二跳錨節(jié)點確 定未知節(jié)點所在區(qū)域的示意圖。如圖6所示，如果未知節(jié)點N只能偵聽到二 跳錨節(jié)點A2的信息但無法獲得一跳錨節(jié)點的信息，說明二跳錨節(jié)點A2與未 知節(jié)點N間的距離d應(yīng)該滿足R〈d〈2R，則未知節(jié)點N所在區(qū)域是以該二跳錨
ii節(jié)點A2的坐標為圓心、半徑為R的圓形Dl與半徑為2R的圓形D2之間的環(huán) 形區(qū)域(即半徑大于R但小于2R的環(huán)形區(qū)域)。
圖7為本發(fā)明對樣本集中的樣本點進行過濾處理的流程圖。在圖1所示 技術(shù)方案中，步驟7包括
步驟71、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第一限制區(qū)域，根 據(jù)所有二跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第二限制區(qū)域；
步驟72、對所述樣本集中的樣本點進行過濾處理，去除樣本集中位于所 述第一限制區(qū)域和第二限制區(qū)域以外的樣本點，保留樣本集中的有效樣本點。
圖8為本發(fā)明確定未知節(jié)點的第一限制區(qū)域的示意圖，以三個一跳錨節(jié) 點為例。如圖8所示，々ii殳第一錨節(jié)點A、第二錨節(jié)點B和第三錨節(jié)點C都 是未知節(jié)點N的一跳錨節(jié)點，由于未知節(jié)點N可以獲得三個一跳錨節(jié)點的坐 標，因此未知節(jié)點N根據(jù)每個一跳錨節(jié)點的坐標即可確定未知節(jié)點N相對于 每個一跳錨節(jié)點的所在區(qū)域。具體地，未知節(jié)點N的第一所在區(qū)域是以第一 錨節(jié)點A的坐標為圓心，半徑為R的圓形區(qū)域；未知節(jié)點N的第二所在區(qū)域 是以第二錨節(jié)點B的坐標為圓心，半徑為R的圓形區(qū)域；未知節(jié)點N的第三 所在區(qū)域是以第三錨節(jié)點C的坐標為圓心，半徑為R的圓形區(qū)域。在確定了 未知節(jié)點N的三個所在區(qū)域后，就可以計算三個所在區(qū)域的重疊區(qū)域，并將 該重疊區(qū)域作為未知節(jié)點的第一限制區(qū)域Y1 (圖8中陰影區(qū)域)。
圖9為本發(fā)明確定未知節(jié)點的第二限制區(qū)域的示意圖，以三個二跳錨節(jié) 點為例。如圖9所示，假設(shè)第一錨節(jié)點A、第二錨節(jié)點B和第三錨節(jié)點C都 是未知節(jié)點N的二跳錨節(jié)點，由于未知節(jié)點N可以獲得三個二跳錨節(jié)點的坐 標，因此未知節(jié)點N根據(jù)每個二跳錨節(jié)點的坐標即可確定未知節(jié)點N相對于 每個二跳錨節(jié)點的所在區(qū)域。具體地，未知節(jié)點N的第一所在區(qū)域是以第一 錨節(jié)點A的坐標為圓心，半徑為R的圓形與半徑為2R的圓形之間的環(huán)形區(qū)域； 未知節(jié)點N的第二所在區(qū)域是以第二錨節(jié)點B的坐標為圓心，半徑為R的圓 形與半徑為2R的圓形之間的環(huán)形區(qū)域；未知節(jié)點N的第三所在區(qū)域是以第三
12錨節(jié)點C的坐標為圓心，半徑為R的圓形與半徑為2R的圓形之間的環(huán)形區(qū)域。 在確定了未知節(jié)點N的三個所在區(qū)域后，就可以計算三個所在區(qū)域的重疊區(qū) 域，并將該重疊區(qū)域作為樣本點第二采樣區(qū)域Y2 (圖9中陰影區(qū)域)。
上述技術(shù)方案詳細說明了在一跳錨節(jié)點的數(shù)量大于1、 二跳錨節(jié)點的數(shù) 量大于1時根據(jù)錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點限制區(qū)域的處理過程，實際應(yīng)用 中，不能保證每一時刻未知節(jié)點都能獲得二個以上一跳錨節(jié)點或二個以上二 跳錨節(jié)點的信息。因此，在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，本發(fā)明動態(tài)節(jié)點定位方法 還包括當一跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1、 二跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時的技術(shù)方案。 具體地，當一跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時，說明一跳錨節(jié)點在未知節(jié)點的通信 區(qū)域內(nèi)，因此本發(fā)明可以根據(jù)該一跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第一限制 區(qū)域，該第一限制區(qū)域是以該一跳錨節(jié)點的坐標為圓心、以未知節(jié)點的通信 半徑R為半徑的圓形區(qū)域。當二跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時，說明二跳錨節(jié)點 在未知節(jié)點的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，因此本發(fā)明可以根據(jù)該二跳錨節(jié)點的坐標確定未 知節(jié)點的第二限制區(qū)域，該第二限制區(qū)域是以該二跳錨節(jié)點的坐標為圓心、 半徑為R的圓形與半徑為2R的圓形之間的環(huán)形區(qū)域。
由此可見，本發(fā)明對樣本集中的樣本點進行過濾處理的過程是未知節(jié)點根 據(jù)從自己的一跳錨節(jié)點和二跳錨節(jié)點處得到的信息來去除預測4脊誤的無效樣本 點的過程。其中一跳錨節(jié)點是指未知節(jié)點能夠直接偵聽到的錨節(jié)點，二跳錨節(jié) 點是指未知節(jié)點不能直接偵聽到但它們的 一跳鄰居節(jié)點能夠偵聽到的錨節(jié)點。 利用一跳錨節(jié)點和二跳錨節(jié)點的信息獲得第一限制區(qū)域和第二限制區(qū)域后，預 測錯誤的無效樣本點是位于該第一限制區(qū)域和第二限制區(qū)域以外的樣本點，通 過將這些不符合條件的樣本點過濾掉，就可以使樣本集中保留有效樣本點。
在前述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，本發(fā)明動態(tài)節(jié)點定位方法還包括重新采樣和定位 的步驟。具體地，在對樣本集中的樣本點進行過濾處理后，如果樣本集中的樣 本個數(shù)小于預先設(shè)定的采樣數(shù)，那么將重復進行采樣和過濾兩個階段，即重新 執(zhí)行步驟6 (從采樣區(qū)域內(nèi)選取數(shù)個樣本點)，直到樣本點的個數(shù)滿足樣本集
13容量為止。最后根據(jù)樣本集中所有樣本點估算T時刻未知節(jié)點的坐標，完成本
發(fā)明動態(tài)節(jié)點定位方法。實際應(yīng)用中，可以采用多種方法利用樣本集中所有樣 本點的坐標估算未知節(jié)點的坐標，本發(fā)明采用計算樣本集中所有樣本點坐標
的平均值作為T時刻未知節(jié)點的坐標。
從上述技術(shù)方案可以看出，由于本發(fā)明利用一跳錨節(jié)點的信號強度值確定 了采樣區(qū)域，在初始化階段和預測階段有效增加了樣本點采樣的準確率，同時 利用錨節(jié)點信息獲得的限制區(qū)域去除無效樣本點，保證了樣本點采樣的準確 率，因此減少了獲得有效樣本點的抽樣次數(shù)，實現(xiàn)了減少迭代次數(shù)、降低節(jié)點 能量消耗的目的，使本發(fā)明具有計算量小、節(jié)能等優(yōu)點。
下面通過本發(fā)明動態(tài)節(jié)點定位方法的具體處理流程進一步說明本發(fā)明的
技術(shù)方案。假設(shè)時間被離散成多個時間單元，未知節(jié)點在每個時間單元都會對 自身位置進行重新定位，本發(fā)明通過在初始化階段和預測階段加入限制條件確 定采樣區(qū)域，以有效增加樣本點采樣的準確率。首先，未知節(jié)點獲得T時刻自 身所能偵聽到的一跳錨節(jié)點或二跳錨節(jié)點的信息，這些錨節(jié)點信息至少包括一 跳錨節(jié)點或二跳錨節(jié)點的坐標。由于未知節(jié)點隨機分布且通信范圍有限，不能 保證每一時刻未知節(jié)點都能獲得一跳錨節(jié)點或二跳錨節(jié)點的信息，因此實際應(yīng)
用中，可以分以下情況進行定位處理。
(1) 未知節(jié)點能偵聽到一跳錨節(jié)點，且一跳錨節(jié)點的數(shù)量為1 此情況說明一跳錨節(jié)點與未知節(jié)點間的距離d應(yīng)滿足d〈R,其中R為未知
節(jié)點的通信半徑。對當前時刻為初始化時刻，即T-O，則估算樣本點的采樣區(qū) 域為以該一跳錨節(jié)點的坐標為圓心、以R為半徑的圓形區(qū)域，之后從該采樣區(qū) 域內(nèi)隨機選取M個樣本點作為預測位置的樣本集。在T〉0時刻，則根據(jù)T-l時 刻的樣本集選取樣本點。之后根據(jù)一跳錨節(jié)點的坐標對樣本集中的樣本點進行 過濾處理，最后根據(jù)樣本集中有效樣本點坐標的平均值估算未知節(jié)點的坐標。
(2) 未知節(jié)點能偵聽到一跳錨節(jié)點，且一跳錨節(jié)點的數(shù)量大于1 當一跳錨節(jié)點的數(shù)量大于1時，先根據(jù)錨節(jié)點的信號強度值確定未知節(jié)點
14與錨節(jié)點之間的距離關(guān)系，后根據(jù)錨節(jié)點的坐標，通過錨節(jié)點之間的中垂線設(shè) 置多個具有距離特性的區(qū)域，最后根據(jù)未知節(jié)點到三個錨節(jié)點的距離關(guān)系，在 多個具有距離特性的區(qū)域中選擇一個可反映未知節(jié)點與錨節(jié)點之間距離關(guān)系
的區(qū)域，并作為樣本點的采樣區(qū)域，隨后從該采樣區(qū)域內(nèi)隨機選取M個樣本點
作為預測位置的樣本集。之后根據(jù)一跳錨節(jié)點的坐標對樣本集中的樣本點進行 過濾處理，最后根據(jù)樣本集中有效樣本點坐標的平均值估算未知節(jié)點的坐標。
(3) 未知節(jié)點無法偵聽到一跳錨節(jié)點但能獲得二跳錨節(jié)點的信息 此情況說明二跳錨節(jié)點與未知節(jié)點間的距離d應(yīng)滿足R〈d〈2R。對當前時
刻為初始化時刻，即T-O,則估算樣本點的采樣區(qū)域為以該二跳錨節(jié)點的坐標 為圓心，半徑為R與2R的圓形之間的圓環(huán)形區(qū)域，之后從該采樣區(qū)域內(nèi)隨機 選取M個樣本點作為預測位置的樣本集。在T〉0時刻，則根據(jù)T-l時刻的樣本 集選取樣本點。根據(jù)二跳錨節(jié)點的坐標對樣本集中的樣本點進行過濾處理，最 后根據(jù)樣本集中有效樣本點坐標的平均值估算未知節(jié)點的坐標。
(4) 未知節(jié)點既無法偵聽到一跳錨節(jié)點也無法獲得二跳錨節(jié)點的信息 對于當前時刻為初始化時刻，即丁=0,未知節(jié)點將在網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)隨機
選取M個樣本點作為預測階段的樣本集。在T〉0時刻，則根據(jù)T-1時刻的樣本 集選取樣本點。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可 以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存 儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲 介質(zhì)包括ROM、 RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡 管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理 解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方 案的精神和范圍。
1權(quán)利要求
1. 一種動態(tài)節(jié)點定位方法，其特征在于，包括步驟1、未知節(jié)點采集并存儲T時刻錨節(jié)點信息，所述錨節(jié)點信息包括錨節(jié)點的坐標；步驟2、判斷錨節(jié)點的類型，當錨節(jié)點為一跳錨節(jié)點時，執(zhí)行步驟3，當錨節(jié)點為二跳錨節(jié)點時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點，執(zhí)行步驟7；步驟3、未知節(jié)點測量并記錄每個一跳錨節(jié)點的信號強度值；步驟4、判斷一跳錨節(jié)點的數(shù)量，當一跳錨節(jié)點的數(shù)量大于1時，執(zhí)行步驟5，當一跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點，執(zhí)行步驟7；步驟5、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標和信號強度值確定樣本點的采樣區(qū)域，所述采樣區(qū)域是反映未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間距離關(guān)系的區(qū)域；步驟6、從所述采樣區(qū)域內(nèi)隨機選取數(shù)個樣本點作為T時刻的樣本集；步驟7、對所述樣本集中的樣本點進行過濾處理，保留樣本集中的有效樣本點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)節(jié)點定位方法，其特征在于，所述步驟7 之后還包括步驟8、判斷所述樣本集中有效樣本點的數(shù)量是否小于預先設(shè)定的采樣 數(shù)，是則執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟9; 步驟9、估算T時刻未知節(jié)點的坐標。.
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)節(jié)點定位方法，其特征在于，所述步驟9 包括計算樣本集中所有樣本點坐標的平均值，作為T時刻未知節(jié)點的坐標。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)節(jié)點定位方法，其特征在于，所述步驟7 包括步驟71、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第一限制區(qū)域，根 據(jù)所有二跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第二限制區(qū)域；步驟72、對所述樣本集中的樣本點進行過濾處理，去除樣本集中位于所 述第 一限制區(qū)域和第二限制區(qū)域以外的樣本點，保留樣本集中的有效樣本點。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)節(jié)點定位方法，其特征在于，所述步驟71 中根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第 一限制區(qū)域包括根據(jù)所有 一跳錨節(jié)點的坐標確定所有未知節(jié)點的所在區(qū)域，所述未知節(jié)點的所在區(qū)域 是以一跳錨節(jié)點的坐標為圓心、半徑為R的圓形區(qū)域，其中R為未知節(jié)點的 通信半徑；計算所有未知節(jié)點的所在區(qū)域的重疊區(qū)域，作為未知節(jié)點的第一 限制區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)節(jié)點定位方法，其特征在于，所述步驟71 中根據(jù)所有二跳錨節(jié)點的坐標確定未知節(jié)點的第二限制區(qū)域包括根據(jù)所有 二跳錨節(jié)點的坐標確定所有未知節(jié)點的所在區(qū)域，所述未知節(jié)點的所在區(qū)域 是以二跳錨節(jié)點的坐標為圓心、半徑為R的圓形與半徑為2R的圓形之間的環(huán) 形區(qū)域，其中R為未知節(jié)點的通信半徑；計算所有未知節(jié)點的所在區(qū)域的重 疊區(qū)域，作為未知節(jié)點的第二限制區(qū)域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 6中任一權(quán)利要求所述的動態(tài)節(jié)點定位方法，其特征 在于，所述步驟5包括步驟51、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的信號強度值確定未知節(jié)點與所有一跳錨 節(jié)點之間的距離關(guān)系；步驟52、根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標，通過錨節(jié)點之間的中垂線設(shè)置多 個具有距離特性的區(qū)域；步驟53、根據(jù)未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間的距離關(guān)系，在所述多個 具有距離特性的區(qū)域中選擇反映未知節(jié)點與所有一跳錨節(jié)點之間距離關(guān)系的 區(qū)域，作為樣本點的采樣區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動態(tài)節(jié)點定位方法，包括未知節(jié)點采集并存儲T時刻錨節(jié)點信息，所述錨節(jié)點信息包括錨節(jié)點的坐標；判斷錨節(jié)點的類型，當錨節(jié)點為二跳錨節(jié)點時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點；當錨節(jié)點為一跳錨節(jié)點時，未知節(jié)點測量并記錄每個一跳錨節(jié)點的信號強度值；判斷一跳錨節(jié)點的數(shù)量，當一跳錨節(jié)點的數(shù)量等于1時，從T-1時刻的樣本集中選取樣本點；當一跳錨節(jié)點的數(shù)量大于1時，根據(jù)所有一跳錨節(jié)點的坐標和信號強度值確定樣本點的采樣區(qū)域，從所述采樣區(qū)域內(nèi)隨機選取數(shù)個樣本點作為T時刻的樣本集；最后對樣本集中的樣本點進行過濾處理。本發(fā)明具有迭代次數(shù)少、計算量小、節(jié)點能量消耗小、節(jié)能等優(yōu)點。
文檔編號G01S5/02GK101458323SQ20091007600
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者凱 劉, 軍 張, 超 王, 強 高 申請人:北京航空航天大學