一种无线传感器网络立体定位方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，涉及无线传感器网络节点定位方法，具体是一种无线传感器网络节点立体定位方法。设立四个参考节点和一个终端用户节点，然而，这四个参考节点不是位于同一平面上，而是位于三棱锥的四个顶点上，负责接收待定位节点发射的信号，并把待定位节点的身份标识和信号强度发送至终端用户节点。终端用户节点负责接收四个参考节点传送过来的待定位节点的身份标识和信号强度，根据信号强度计算待定位节点到四个参考节点的距离，进而根据这四个距离计算出待定位节点的位置坐标。最后，终端用户节点把待定位节点坐标送到显示终端进行显示。

Stereo positioning method for wireless sensor network

The invention belongs to the technical field of wireless communication, and relates to a wireless sensor network node positioning method. The establishment of four reference node and a terminal node, however, the four reference node is not in the same plane, but in the four vertices of the three pyramid, is responsible for receiving signals to be transmitted and the location, identity and signal intensity of the nodes to be positioned is sent to the user terminal node. The user terminal node is responsible for receiving four reference nodes sent to locate the node identity and signal strength, calculation of the nodes to be positioned to four reference node distance according to the signal strength, and according to the four distances to compute the coordinate of the position of the nodes to be positioned. Finally, the terminal user node coordinates the node to be sent to the display terminal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，涉及无线传感器网络节点定位方法，具体是一种无线传感器网络节点立体定位方法。
技术介绍
在无线传感器网络中，位置信息对传感器网络的监测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测信息中包含的重要组成部分，没有位置信息的监测消息是没有意义的。因此，无线传感器网络节点定位是其最基本的功能之一，对无线传感器网络应用的有效性起关键作用。无线传感器定位算法包括基于测距的定位和无需测距的定位两种。基于测距的定位算法是利用接收信号信号强度指示（RSSI）估计待定位节点到参考节点的距离，然后根据测距定位算法计算待定位节点的坐标，典型的测距定位算法有：多边定位、边界盒定位、MDS-MAP等。无需测距的定位是利用网络连通性、节点分布、跳数等来实现定位，典型的无需测距的定位算法包括：质心定位、DV-HOP定位、APIT定位等。上述定位算法中，不管是基于测距的定位，还是无需测距的定位都有两方面的局限：一是参考节点的位置是无法移动的，二是待定位节点和参考节点应在同一平面上。由于这两个局限，使得无线传感网定位技术的推广应用受到限制。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种无线传感器网络的立体定位方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：设立四个参考节点和一个终端用户节点，然而，这四个参考节点不是位于同一平面上，而是位于三棱锥的四个顶点上，负责接收待定位节点发射的信号，并把待定位节点的身份标识和信号强度发送至终端用户节点。终端用户节点负责接收四个参考节点传送过来的待定位节点的身份标识和信号强度，根据信号强度计算待定位节点到四个参考节点的距离，进而根据这四个距离计算出待定位节点的位置坐标。具体步骤如下：a、建立三维直角坐标系，标定参考节点在直角坐标系中的位置坐标，在实际应用时，参考节点在三维直角坐标系中的相对位置和坐标不变，即便是参考节点移动时，四个参考节点的相对位置不变，直角坐标系随参考节点的移动而移动，这样参考节点在直角坐标系中的位置坐标即不会变。四个参考节点在坐标系中的位置坐标分别用（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、（x3,y3,z3）和（x4,y4,z4）表示。b、任一待定位节点在坐标系中的坐标设为（xi,yi,zi），待定位节点周期性地发送包含自身信息的无线信号至参考节点。c、四个参考节点接收待定位节点发送过来的无线信号，解析出该节点的身份标识，并测定接收到的信号强度，然后把待定位节点的身份标识和信号强度发送至终端用户节点。d、终端用户节点负责接收四个参考节点传送过来的待定位节点的身份标识和信号强度，根据信号强度指示（RSSI）计算出待定位节点到此参考节点的距离。然后，根据这四个距离和四个参考节点的坐标计算出待定位节点的坐标，并送到显示终端进行显示。待定位节点位置坐标（xi,yi,zi）和四个参考节点位置坐标（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、（x3,y3,z3）、（x4,y4,z4）满足如下关系式：(xi-x1)2+(yi-y1)2+(zi-z1)2=l12(xi-x2)2+(yi-y2)2+(zi-z2)2=l22(xi-x3)2+(yi-y3)2+(zi-z3)2=l32(xi-x4)2+(yi-y4)2+(zi-z4)2=l42其中，l1、l2、l3、l4是待定位节点到四个参考节点的距离。将第1个至第3个方程减去第4个方程，整理得到：2(x4-x1)xi+2(y4-y1)yi+2(z4-z1)zi=x42-x12+y42-y12+z42-z12+l12-l422(x4-x2)xi+2(y4-y2)yi+2(z4-z2)zi=x42-x22+y42-y22+z42-z22+l22-l422(x4-x3)xi+2(y4-y3)yi+2(z4-z3)zi=x42-x32+y42-y32+z42-z32+l32-l42表示成线性方程的形式AX=b。在AX=b的两边同乘A-1得到X=A-1b，即待定位节点坐标（xi,yi,zi）。附图说明图1为无线传感器网络立体定位方法第一实施例的流程图。图2为本专利技术第一实施例参考节点分布图。图3为无线传感器网络立体定位方法第二实施例的流程图。图4为本专利技术第二实施例参考节点分布图。具体实施方式本专利技术的核心在于提供一种无线传感器网络立体定位方法，为了本领域技术人员更好地理解本专利技术方案，并使本专利技术的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术第一实施例流程图如图1所示，第一实施例参考节点分布图如图2所示。步骤1：参阅图2:设立四个参考节点A、B、C、D和一个终端用户节点R，假设待定位节点为M。建立三维直角坐标系，标定参考节点A、B、C、D在直角坐标系中的位置坐标分别为（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、（x3,y3,z3）、（x4,y4,z4），这四个参考节点不是位于同一平面上，而是位于三棱锥的四个顶点上，四个参考节点的相对位置不变，直角坐标系随参考节点的移动而移动，这样参考节点在直角坐标系中的位置坐标即不会变。步骤2：假设任一待定位节点为M，在坐标系中的坐标设为（xi,yi,zi），待定位周期性的发送包含自身标识的无线信号。步骤3：参考节点收到待定位节点发送的无线信号后，解析出该节点的身份标识，并测定接收到的信号强度，然后把待定位节点的身份标识和信号强度发送至终端用户节点。步骤4：终端用户节点负责接收四个参考节点传送过来的待定位节点的身份标识和信号强度，根据信号强度指示（RSSI）计算出待定位节点到此参考节点的距离。计算公式如下：RSSI=A-10nlgd其中A为信号距离为1m时，接收信号的功率（dBm），n为信号传输常数，与信号的传输环境有关；d为发射节点到参考节点的距离。假设计算得到的待定位节点到四个参考节点的距离分别为l1、l2、l3和l4。终端用户节点根据这四个距离和参考节点坐标计算出待定位节点的位置坐标（xi,yi,zi）。计算方法如下：待定位节点位置坐标（xi,yi,zi）和四个参考节点位置坐标（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、（x3,y3,z3）、（x4,y4,z4）满足如下关系式：(xi-x1)2+(yi-y1)2+(zi-z1)2=l12(xi-x2)2+(yi-y2)2+(zi-z2)2=l22(xi-x3)2+(yi-y3)2+(zi-z3)2=l32(xi-x4)2+(yi-y4)2+(zi-z4)2=l42其中，l1、l2、l3、l4是待定位节点到四个参考节点的距离。将第1个至第3个方程减去第4个方程，整理得到：2(x4-x1)xi+2(y4-y1)yi+2(z4-z1)zi=x42-x12+y42-y12+z42-z12+l12-l422(x4-x2)xi+2(y4-y2)yi+2(z4-z2)zi=x42-x22+y42-y22+z42-z22+l22-l422(x4-x3)xi+2(y4-y3)yi+2(z4-z3)zi=x42-x32+y42-y32+z42-z32+l32-l42表示成线性方程的形式AX=b。在AX=b的两边同乘A-1得到X=A-1b，即待定位节点坐标（xi,yi,zi）。步骤5：终端用户节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络的立体定位方法，其特征在于：建立三维直角坐标系，标定参考节点在直角坐标系中的位置坐标，参考节点在三维直角坐标系中的相对位置和坐标不变，即便是参考节点移动时，直角坐标系随参考节点的移动而移动，这样参考节点在直角坐标系中的位置坐标即不会变。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络的立体定位方法，其特征在于：建立三维直角坐标系，标定参考节点在直角坐标系中的位置坐标，参考节点在三维直角坐标系中的相对位置和坐标不变，即便是参考节点移动时，直角坐标系随参考节点的移动而移动，这样参考节点在直角坐标系中的位置坐标即不会变。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络立体定位方法，其特征在于：待定位节点周期性地发送包含自身信息的无线信号至参考节点。3.根据权利要求1所述的无线传感器网络立体定位方法，其特征在于：参考节点收到待定位节点发送的无线信号后，解析出该节点的身份标识，并测定接收到的信号强度，然后把待定位节点的身份标识和信号强度发送至终端用户节点。4.根据权利要求3所述的无线传感器网络立体定位方法，其特征在于：终端用户节点负责接收四个参考节点传送过来的待定位节点的身份标识和信号强度，根据信号强度指示（RSSI）计算出待定位节点到此参考节点的距离，并且根据这四个距离和四个参考节点的坐标计算出待定位节点的坐标，并送到显示终端进行显示。5.根据权利要求1所述的无线传感器网络立体定位方法，其特征在于：参考节点的数量是4个或5个，并且所有的参考节点并非分布于同一平面上，而是分布于“三棱锥”或“双三棱锥”的顶点上。6.根据权利要求4所述的无线传感器网络立体定位方法，其特征在于：待定位节点到此参考节点的距离依据信号强度指示（RSSI）计算得出。7.根据权利要求4所述的无线传感器网络立体定位方法，其特征在于：计算待定位节点坐标方法为：假设计算得到的待定位节点到四个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张留朝，
申请(专利权)人：潍坊学院，
类型：发明
国别省市：山东;37