一种WSN节点的定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种WSN节点的定位方法及装置，该方法包括确定WSN中未知节点和连通未知节点的信标节点之间的信号，确定WSN中任意像素单元和连通所述未知节点的信标节点之间的信号，根据未知节点和连通未知节点的信标节点之间的信号以及WSN中任意像素单元和连通未知节点的信标节点之间的信号，生成目标函数，搜索WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为未知节点。通过搜索WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为未知节点可以实现高精度低功耗的节点定位。

A location method and device for WSN node

The present invention discloses a method and device for locating the WSN node. The method includes determining the signal between the unknown node and the beacon node in the unknown node in the WSN, and determining the signal between the arbitrary pixel units in the WSN and the beacon nodes connected to the unknown nodes, and the beacon nodes of the unknown nodes and the connected unknown nodes. The signal between the signal of any pixel unit in WSN and the beacon node of the unknown node to generate the target function, search the target function value corresponding to the arbitrary pixel unit signal in the WSN, and locate the pixel unit corresponding to the maximum target function value as the unknown node. By searching the target function value corresponding to any pixel unit signal in WSN, positioning the pixel unit corresponding to the maximum target function value as an unknown node can achieve high precision and low power node location.

【技术实现步骤摘要】
一种WSN节点的定位方法及装置
本专利技术实施例涉及通信
，尤其涉及一种无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,简称WSN)节点的定位方法及装置。
技术介绍
WSN是物联网的基本组成部分，其利用多个传感器节点通过自组织的方式构成无线网络，是物联网用来感知、识别以及处理网络覆盖区域中被监测对象的信息生产和采集系统。随着传感器技术、嵌入式计算技术、计算机网络技术和无线通信技术等的不断发展，无线传感器网络技术也逐渐走向成熟，并在军事侦察、环境监测、目标跟踪、医疗护理等诸多领域的应用不断普及。WSN节点定位是指未知节点基于网络中位置已知的邻近信标节点，通过有限的通信对于自身在系统中位置的估计。传感器节点自身的准确定位是实现对所监测对象进行定位、跟踪等应用的前提，是WSN研究的基础性问题和热点问题之一。现有的WSN节点定位方法基本可以分为两类：基于测距的定位方法和基于非测距的定位方法。基于测距的定位方法通过未知节点与邻近信标节点间的通信具体计算两者之间距离或者方位，并基于此实现节点自身定位。经典方法有基于接收信号强度(Receivedsignalstrengthindication,简称RSSI)测距定位如文献1：YaghoubiF.,AbbasfarA.-A.,MahamB..Energy-EfficientRSSI-BasedLocalizationforWirelessSensorNetworks2014.2：SahuP.K.,WuE.H.-K.,SahooJ..DuRT:DualRSSItrendbasedlocalizationforwirelesssensornetworks2013.3：SlavisaTomic,MarkoBeko,RuiDinis.RSS-BasedLocalizationinWirelessSensorNetworksUsingConvexRelaxation:NoncooperativeandCooperativeSchemes2015.中公开的技术。基于信号传播时间(Timeofarrival,简称TOA)测距定位如文献1：YuK.,GuoY.J.,HedleyM..TOA-baseddistributedlocalisationwithunknowninternaldelaysandclockfrequencyoffsetsinwirelesssensornetworks2009.2：EnyangXu,ZhiDing,DasguptaS..SourceLocalizationinWirelessSensorNetworksFromSignalTime-of-ArrivalMeasurements2011.中公开的技术。基于信号到达时间差(Timedifferenceofarrival,简称TDOA)测距定位如文献1：BandieraF.,ColucciaA.,RicciG.,RicciatoF.,SpanoD..TDOALocalizationinAsynchronousWSNs2014.中公开的技术。大部分基于测距的定位方法需要另外的基础设备硬件支持，系统成本也随之增加，并且，为了降低距离或者角度测量所产生的误差，一般基于测距的定位方法都会使用一些计算及通信开销较大的方法以达到降低测量误差的目的。因此，虽然基于测距的定位方法大多误差较小，但是普遍硬件成本较高或者定位能耗较大，所以不适合应用于实际中。基于非测距的定位方法并不具体计算未知节点与邻近信标节点间的距离或者方位，而是利用网络连通性、节点间跳数等信息实现节点自身定位。经典方法有基于质心定位方法如文献1：NinipamaBulusu,JohnHeidemann,DeborahFarm.GPS-lessLowCostOutdoorLocalizationforVerySmallDevices2000.2：RuiJiang,ZhenYang.Animprovedcentroidlocalizationalgorithmbasedoniterativecomputationforwirelesssensornetwork2016.中公开的技术。近似三角形内点测试(Approximatepoint-in-triangulationtest,简称APIT)定位方法如文献1：YongZhou,XinAo,ShixiongXia.AnImprovedAPITNodeSelf-localizationAlgorithminWSN2008.2：FengYu,QinWang,XiaotongZhang,ChongLi.ALocalizationAlgorithmforWSNBasedonCharacteristicsofPowerAttenuation2008.3：JizengWang,HongxuJin.ImprovementonAPITLocalizationAlgrithmsforWirelessSensorNetworks2009.中公开的技术。DV-hop定位方法如文献1：HadirA.,Zine-DineK.,BakhouyaM.,ElKafiJ.AnOptimizedDV-hopLocalizationAlgorithmUsingAverageHopWeightedMeaninWSNs2014.2：JunXiang,WeiWeiTan.AnImprovedDV-hopAlgorithmBasedonIterativeComputationforWirelessSensorNetworkLocalization2013.中公开的技术。凸规划定位方法如文献1：LanceDoherty,LaurentELGhaoui,KristoferS.J.Pister.ConvexPositionEstimationinWirelessSensorNetworks2001.中公开的技术。该类方法由于不需要精确计算未知节点与邻近信标节点间的距离或者角度，因而减少了定位方法的计算量和通信开销，从而显著降低了定位过程中对于网络的硬件设备要求和节点能量的消耗，在实际应用中受到越来越多的关注。但是由于大部分基于非测距的方法定位精度相对较低，大大限制了其在实际中的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种WSN节点的定位方法及装置，用以实现高精度低功耗的节点定位。本专利技术实施例提供的一种WSN节点的定位方法，包括：确定所述WSN中未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号；确定所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号；根据所述未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号以及所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号，生成目标函数；搜索所述WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为所述未知节点。可选的，所述根据所述未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号以及所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号，生成目标函数，包括：根据所述未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号以及所述WSN中任意像素单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器网络WSN节点的定位方法，其特征在于，包括：确定所述WSN中未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号；确定所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号；根据所述未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号以及所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号，生成目标函数；搜索所述WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为所述未知节点。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络WSN节点的定位方法，其特征在于，包括：确定所述WSN中未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号；确定所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号；根据所述未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号以及所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号，生成目标函数；搜索所述WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为所述未知节点。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号以及所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号，生成目标函数，包括：根据所述未知节点和连通所述未知节点的信标节点之间的信号以及所述WSN中任意像素单元和所述连通所述未知节点的信标节点之间的信号、信号相位信息与节点间距离信息的对应关系，通过余弦相似性原理，生成目标函数。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搜索所述WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为所述未知节点，包括：采用逐像素单元遍历搜索机制，搜索所述像素单元信号对应的最大的目标函数值；将最大目标函数值对应的像素单元定位为所述未知节点。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搜索所述WSN中任意像素单元信号对应的目标函数值，将最大目标函数值对应的像素单元定位为所述未知节点，包括：根据质心定位原理，根据连通所述未知节点的信标节点的位置信息确定搜索的起始像素单元；根据所述起始像素单元，利用梯度下降法获取最大的目标函数值；将最大目标函数值对应的像素单元定位为所述未知节点。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述起始像素单元，利用梯度下降法获取最大的目标函数值，包括：生成第一矩阵和第二矩阵，其中，所述第一矩阵用于记录搜索的起始像素单元的坐标及其对应的目标函数值，所述第二矩阵用于记录目标函数值极大值的像素单元的坐标及其对应的目标函数值；初始化所述起始像素单元，计算所述起始像素单元的目标函数值，并将所述起始像素单元的目标函数值存入所述第一矩阵，初始化指示信号为0；从所述第一矩阵中取出一个像素单元，若所述第一矩阵为空，则设置所述指示信号为1；以取出的像素单元为基准，确定第一像素单元，计算所述第一像素单元的目标函数值，当所述第一像素单元的目标函数值大于所述取出的像素单元的目标函数值时，将所述第一像素单元的目标函数值存入所述第一矩阵，并设置所述指示信号为0；其中，所述第一像素单元为与所述取出的像素单元相邻且未被搜索过的像素单元；以取出的像素单元为基准，比较所述取出的像素单元的目标函数值与相邻的像素单元的目标函数值，在所述取出的像素单元的目标函数值大于所有相邻的像素单元的目标函数值时，将所述取出的像素单元存...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋锐，颜永庆，蔡文杰，李震宇，
申请(专利权)人：通鼎互联信息股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32