一种无线传感器网络节点定位检测方法技术

本发明专利技术提供了一种无线传感器网络节点定位检测方法，该方法减轻单个节点资源消耗的同时还可以保证找到网络中绝大多数可定位节点，进一步地，该方法只要求节点掌握其邻域拓扑，因此在时间和空间上的开销更小。

Wireless sensor network node positioning detection method

The invention provides a wireless sensor network node positioning detection method, this method reduces the resource consumption of a single node at the same time also can guarantee to find the network most localizable nodes, further more, this method requires only the master node neighborhood topology, so in the time and space overhead is smaller.

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络节点定位检测方法
本专利技术涉及无线传感器
，更具体地，涉及一种无线传感器网络节点定位检测方法。
技术介绍
传感器网络可定位状态在传感器定位、节点高效部署以及作为类似物体追踪和事件检测等位置相关应用的前置条件中是必不可少的，然而对于WSN来说，现存的定位性检测方法要么在不同网络条件下的适应性差，要么太复杂繁琐。网络的可定位问题实际上是把传感器网络抽象为一个平面图进行讨论的：每个传感器代表图中一个节点，图中一条边意味着对应节点间距离已知。如果给定一个图，以及图中三个非共线点的位置且要求所有节点在满足边集合所指定的相对位置关系的情况下，对于图中未指定位置的节点如果只存在一个合理的位置，那么这个图就是可定位的。图的可定位性质已被证实和图的刚性是紧密相关的，然而在实际的节点部署中可能只有部分子图是有这样的可定位性质的。考虑到这一点，实用性的算法都是考虑单个节点的可定位问题。给定图中节点之间的位置关系和部分节点的位置，如果对于一个节点只存在一个可能的位置，那么该节点就是可定位的。图的刚性是指对于一个图来说，其绘制在平面上的形式的个数是有限的。形式可以定义成这样：给定图中三个点的在平面中的坐标后，若存在一个图中点到一个坐标集合的双射关系，使得相邻两个点所对应的位置之间的距离等于两点之间的边所指定的距离，该坐标集合以及其旋转平移变化的变体称为一个形式。例如，添加一条对角线的矩形是刚性图。一个全局刚性的图则是指图只有一个形式，对于一个全局刚性图来说如果其中三个点的位置确定，那么其形式也只有一个坐标集合，也就是说图是可定位的。例如，添加两条对角线的矩形就是一个全局刚性图。在无线传感器领域，为了检测节点的可定位性质或是位置，已经有很多需要利用全局拓扑信息的中心化算法，比如RR3P算法。当然也有一些可以被配置在单个节点上的分布式算法，主要有ITP算法以及WE算法。ITP算法的基本原理就是用三个位置已知的节点来定位一个未知节点。WE算法使用更为复杂的邻域拓扑结构，对于每个节点分别尝试以自身为轮式图中心，在邻居中找到一条回路用于构成一个完整的轮式图，然后开始检测该轮式图，如果其中有多于两个可定位节点，那么整个轮式图是可定位的。RR3P算法给出了根据图的拓扑结构寻找图中可定位节点的充分必要条件，在一个冗余刚性图中，如果对于一个点存在三条指向三个不同可定位节点的不交叉路径，那么可以判定该节点是可定位的。实际应用在WSN定位性判断时，这三种算法都有各自的局限性质。ITP算法在稀疏部署的传感器网络中只有通过部署更多位置已知的节点才能完成定位检测工作。WE算法本身算是对ITP算法的一个补充和改良，WE算法在网络中传播可定位状态，在不同网络配置下WE算法总是可以比ITP算法找到更多的可定位节点，但是这种提升是有限的，而且建立轮式图是一个耗时耗力的过程，每个节点先要收集邻居然后再向邻居广播，中心节点则需要获取邻居的邻居并完成回路搜索。而在WSN中应用RR3P算法时，建立冗余刚性子图就需要对应子图的完整拓扑，此外三条路径也要求了数据包的多跳传输，换言之，作为一个图论算法RR3P算法完美解决了问题，但是该方法并不适用于不够稳定的传感器网络。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术的难题，提供了一种无线传感器网络节点定位检测方法，该方法减轻单个节点资源消耗的同时还可以保证找到网络中绝大多数可定位节点，进一步地，该方法只要求节点掌握其邻域拓扑，因此在时间和空间上的开销更小。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种基于全局刚性图的无线传感器网络节点定位检测方法，包括以下步骤：A、对已定位节点进行初始化；对未定位节点进行初始化，并初始化未定位节点的邻居状态信息集合P和刚性图信息集合B；设未定位节点经过扩展操作后其状态变换为刚性，刚性节点经过检测操作后其状态变换为可定位状态；已定位节点向邻域广播自身的位置和编号；刚性节点、可定位节点向邻域广播自身的刚性子图信息和编号；B、设节点k接收到邻居节点n发送的信息，若节点k为刚性节点且邻居节点n为可定位或已定位节点，则先执行一次检测：(1)若邻居节点n为可定位节点且其为节点k的父节点，设邻居节点n的根节点为r1、r2，则令节点k的刚性图信息集合B中根节点为r1、r2的刚性子图的状态变换为可定位状态，；(2)若邻居节点n为已定位节点，则遍历集合B，若果某个子图指定的两个根节点与邻居节点n不共线即将该子图的状态变换为可定位状态；C、设节点k接收到邻居节点n发送的信息，若邻居节点n为已定位节点，则将邻居节点n的信息加入邻居状态信息集合P中，然后对邻居状态信息集合P中非邻居节点n的邻居节点执行遍历：(1)若邻居节点pi也为已定位节点，则以该邻居节点pi与邻居节点n作为根节点和父节点执行一次扩展操作，然后将扩展操作产生的刚性子图信息存入集合B中；(2)若邻居节点pi为刚性节点，且邻居节点n为邻居节点pi所属刚性子图的根节点之一，则以邻居节点pi与邻居节点n作为父节点执行一次扩展操作，节点k此时作为子节点，然后将扩展操作产生的刚性子图信息存入集合B中；D、设节点k接收到邻居节点n发送的信息，若邻居节点n为刚性节点，则将邻居节点n的信息加入邻居状态信息集合P中，然后对邻居状态信息集合P中非邻居节点n的邻居节点执行遍历：(1)若邻居节点pi为已定位节点，且其为邻居节点n的根节点之一，则以邻居节点pi、邻居节点n为父节点执行一次扩展操作，节点k此时作为子节点，然后将扩展操作产生的刚性子图信息存入集合B中；(2)若邻居节点pi为刚性节点，且其根节点与邻居节点n的根节点相同，则以邻居节点pi、邻居节点n为父节点执行一次扩展操作，节点k此时作为子节点，然后将扩展操作产生的刚性子图信息存入集合B中。优选地，所述刚性子图信息表示为：(r1,r2,p1,p2,level)，其中r1、r2表示两个根节点，p1、p2表示两个父节点，level表示等级，根节点的等级为0，一次扩展后当前节点的等级等于父节点等级的较大值加1。优选地，若集合B中已经保存有根节点相同的刚性子图信息，则保留等级较小的刚性子图信息，而删除等级较大的刚性子图信息。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种无线传感器网络节点定位检测方法，该方法减轻单个节点资源消耗的同时还可以保证找到网络中绝大多数可定位节点，进一步地，该方法只要求节点掌握其邻域拓扑，因此在时间和空间上的开销更小。附图说明图1为方法的流程示意图。图2为扩展操作的流程图。图3为检测的流程图。图4为扩展操作的示意图。图5为检测操作的示意图。图6为扩展所得的刚性图。图7为扩展构成的全局刚性图。图8为扩展的示意图。图9为等级变换的示意图。图10为扩展的示例图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1本实施例先描述一下原始的图算法。该算法定义一个扩展操作如下：如图4所示，已知有图K2，其包括两个节点V1和V2以及一条无向边(V1,V2)。通过添加两条无向边(V1,a)和(V2,a)以及一个节点a到该图中，a的这种加入方式可以称为一次扩展。其中V1和V2称为a的一对父节点，也是a这次扩展构成的刚性子图的根节点。若图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络节点定位检测方法，其特征在于：包括以下步骤：A、对已定位节点进行初始化；对未定位节点进行初始化，并初始化未定位节点的邻居状态信息集合P和刚性图信息集合B；设未定位节点经过扩展操作后其状态变换为刚性，刚性节点经过检测操作后其状态变换为可定位状态；已定位节点向邻域广播自身的位置和编号；刚性节点、可定位节点向邻域广播自身的刚性子图信息和编号；B、设节点k接收到邻居节点n发送的信息，若节点k为刚性节点且邻居节点n为可定位或已定位节点，则先执行一次检测：(1)若邻居节点n为可定位节点且其为节点k的父节点，设邻居节点n的根节点为r

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络节点定位检测方法，其特征在于：包括以下步骤：A、对已定位节点进行初始化；对未定位节点进行初始化，并初始化未定位节点的邻居状态信息集合P和刚性图信息集合B；设未定位节点经过扩展操作后其状态变换为刚性，刚性节点经过检测操作后其状态变换为可定位状态；已定位节点向邻域广播自身的位置和编号；刚性节点、可定位节点向邻域广播自身的刚性子图信息和编号；B、设节点k接收到邻居节点n发送的信息，若节点k为刚性节点且邻居节点n为可定位或已定位节点，则先执行一次检测：(1)若邻居节点n为可定位节点且其为节点k的父节点，设邻居节点n的根节点为r1、r2，则令节点k的刚性图信息集合B中根节点为r1、r2的刚性子图的状态变换为可定位状态，；(2)若邻居节点n为已定位节点，则遍历集合B，若果某个子图指定的两个根节点与邻居节点n不共线即将该子图的状态变换为可定位状态；C、设节点k接收到邻居节点n发送的信息，若邻居节点n为已定位节点，则将邻居节点n的信息加入邻居状态信息集合P中，然后对邻居状态信息集合P中非邻居节点n的邻居节点执行遍历：(1)若邻居节点pi也为已定位节点，则以该邻居节点pi与邻居节点n作为根节点和父节点执行一次扩展操作，然后将扩展操作产生的刚性子图信息存入集合B中；(2)若邻居节点pi为刚性节点，且邻居节点n为邻居节点pi所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴贺俊，丁奥，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44