專利名稱：基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)中，節(jié)點所采集到的數(shù)據(jù)必須結(jié)合它們的被測量位置才有意義，而WSN得工作區(qū)域通常是人類不適合進入的區(qū)域或者是敵對區(qū)域。所以WSN要在這些特殊區(qū)域中應(yīng)用，必須做到以最小的通信開銷和硬件代價實現(xiàn)節(jié)點定位。傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和基于位置的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究都有重要意義。現(xiàn)有定位方法大多數(shù)針對平面結(jié)構(gòu)進行定位，而現(xiàn)實應(yīng)用中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點往往分布在三維空間中，三維空間定位復雜度較二維更高，研究三維空間定位會更加符合實際節(jié)點的應(yīng)用情況，分布式低計算復雜度的三維定位方法較二維方法將更有實用性和發(fā)展?jié)摿Α?br> 在bounding cube定位方法中，根據(jù)未知節(jié)點鄰居已知節(jié)點的通信范圍，確定出包含有未知節(jié)點的限定立方體，然后用立方體的質(zhì)心作為未知節(jié)點的估計位置。該方法具有計算簡單、計算量小的特點，但是該方法缺點是對節(jié)點密度和通信半徑有一定的要求，且方法對通信范圍本身采取一定的近似處理，容易造成定位誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的不足，提出基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法。本發(fā)明的原理是利用錨節(jié)點先向周圍未知節(jié)點廣播自己的位置信息，確定自己通信半徑內(nèi)的未知節(jié)點編號，以該錨節(jié)點為球心，分別以該錨節(jié)點到附近未知節(jié)點之間的距離為半徑畫球，接著將半徑按照一定的規(guī)則增加一個數(shù)值，待定位的未知節(jié)點必然位于球內(nèi)。以不同的錨節(jié)點做球心，找到一系列包含待定位的未知節(jié)點的球，則任意一個待定位未知節(jié)點被同時包含在不同的球內(nèi)，取這些球的交集作為待定位未知節(jié)點最可能存在的最小區(qū)域，取這個小區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點的坐標。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于包括以下步驟
步驟1、提取位置信息，錨節(jié)點以功率P向周圍未知節(jié)點廣播自己的位置信息，未知節(jié)點可以監(jiān)聽到附近錨節(jié)點的位置信息，記錄這些錨節(jié)點的信號強度，利用信號強度分別計算出各錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離，將所求的距離值作為以該錨節(jié)點為球心的初始球半徑，并將這類球命名為點錨球；
步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點包含于該球內(nèi)，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點的域錨球； 步驟3、將空間中所有錨節(jié)點、該未知節(jié)點及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影； 步驟4、求出包含該未知節(jié)點的相交圓區(qū)域； 步驟5、求出這個相交圓區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點估算坐標。前述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟3中，將所投影的平面劃分成許多大小相同的小正方形，取小正方形的中心點作為這個小正方形的標記點，這個標記點的坐標即代表了這個小正方形的近似坐標；
前述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟 4中，針對該未知節(jié)點，計算各標記點到錨節(jié)點的距離，判斷各標記點到錨節(jié)點的距離是否小于該錨節(jié)點的域錨球半徑，如果小于，記為掃描次數(shù)增1，最后，認為被掃描次數(shù)最多的標記點位于相交圓區(qū)域內(nèi)，同時記錄下該標記點的坐標值Xi，Yi。前述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟5中，統(tǒng)計該相交圓區(qū)域中標記點的個數(shù)N，然后求出標記點坐標的均值，作為該未知
權(quán)利要求
1.一種基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、提取位置信息，錨節(jié)點以功率P向周圍未知節(jié)點廣播自己的位置信息，未知節(jié)點可以監(jiān)聽到附近錨節(jié)點的位置信息，記錄這些錨節(jié)點的信號強度，利用信號強度分別計算出各錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離，將所求的距離值作為以該錨節(jié)點為球心的初始球半徑，并將這類球命名為點錨球；步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點包含于該球內(nèi)，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點的域錨球；步驟3、將空間中所有錨節(jié)點、該未知節(jié)點及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影；步驟4、求出包含該未知節(jié)點的相交圓區(qū)域；步驟5、求出這個相交圓區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點估算坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟3中，將所投影的平面劃分成許多大小相同的小正方形，取小正方形的中心點作為這個小正方形的標記點，這個標記點的坐標即代表了這個小正方形的近似坐標。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟4中，針對該未知節(jié)點，計算各標記點到錨節(jié)點的距離，判斷各標記點到錨節(jié)點的距離是否小于該錨節(jié)點的域錨球半徑，如果小于，記為掃描次數(shù)增1，最后，認為被掃描次數(shù)最多的標記點位于相交圓區(qū)域內(nèi)，同時記錄下該標記點的坐標值Xi，Yi。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟5中，統(tǒng)計該相交圓區(qū)域中標記點的個數(shù)N，然后求出標記點坐標的均值，作為該未知節(jié)點X，Y坐標的估算值，即
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的任意一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟2中，采用初始球半徑靜態(tài)增徑法，即 R=r+d其中，R為域錨球半徑，r為點錨球半徑，d為固定值，d值可由人為設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的任意一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟2中，采用初始球半徑動態(tài)增徑法，即
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、提取位置信息，步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點包含于該球內(nèi)，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點的域錨球；步驟3、將空間中所有錨節(jié)點、該未知節(jié)點及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影；步驟4、求出包含該未知節(jié)點的相交圓區(qū)域；步驟5、求出這個相交圓區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點估算坐標。本發(fā)明將三維空間定位問題轉(zhuǎn)換為二維平面的定位，簡化了方法的復雜度，同時降低了方法的計算量，在傳感器節(jié)點能量有限的情況下能取得很好的效果。
文檔編號H04W64/00GK102378361SQ201110083309
公開日2012年3月14日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉宴佳, 夏心江, 張瑞, 江冰, 胡鋼 申請人:河海大學常州校區(qū)