一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法技术

本发明专利技术公开了一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法，其技术方案是：无线传感器网络由目标节点、锚节点和邻居节点这三类传感器节点所组成。目标节点进入危险区域判定算法综合考虑了“边缘效应”的情况，改进了内点判断的规则，有效降低了Out-To-In的错误率；通过合理选择约束阈值，消除了In-To-Out错误；采用计数方式统计内外判定次数综合判定，实现了进一步降低误判总错误率的目的，对危险区域预警的无线传感器应用具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法
本专利技术属于位置定位
，涉及一种无线传感器网络移动节点位置的定位方法，具体涉及一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法。
技术介绍
目前，有很多定位技术都可以对物体进行定位，但适合普适计算要求的、对移动物体有效定位的、系统电子复杂性低的技术却并不多。其中，[文献1]提出的APIT算法是一种无需测距的、适合WSN普适计算要求的定位技术，其理论基础是最佳三角形内点测试(perfectPoint-In-Triangulationtest，PIT)算法。由于PIT算法在固定结构的网络中，可以得到比较合理的定位精度，性能相对稳定，网络成本低，实现也比较容易，故而适用在移动节点的位置判定中。但是，PIT算法中也容易产生In-To-OutError与Out-To-InError两类常见错误，对最终的判定结果有很大影响，因此减少两类错误是很有必要的，而在危险区域的判定中则要求杜绝In-To-OutError错误。目前，主要的改进方法有两类：一类是优化节点筛选过程，缩小节点定位区域；另一类是改进判定方法，降低判定结果的错误率。采用第一类方法有如下几种，[文献2]中提出了改进的PB-APIT算法，利用三条边的中垂线将APIT算法中的三角形分割为4个或6个可用小区域，并以检测信号的强弱进一步来判定未知节点的位置，即判断未知节点处于哪一个小区域，从而减小原APIT算法的定位区域，提高定位精度；[文献3]中也提出了改进的APIT算法，通过采用增加邻居节点合法性检查的方式来提高算法的容错率和适应性，但仍然不能降低两类错误的发生概率；为减小APIT算法中近似三角形内点测试法带来的误差，[文献4]在传统APIT算法中引入RSSI测距技术，提出RAPIT算法，通过引入限定距离的概念，将引起误差的节点的位置限定在以锚节点为圆心，以限定距离为半径的圆的重叠区域内，最终减小误差，提高定位覆盖率。采用第二类方法有如下几种，[文献5]结合余弦定理改进APIT算法，优化内点判定的规则，能够减少了两类错误的发生率；[文献6]提出改进的IAPIT+算法，通过分析两类错误出现的位置分布情况，结合三角形定理分别加以改进，能够降低总的错误率。总的来说，这些改进都能对最终的结果有一定优化作用，但是这些方案所提出的算法始终都无法满足实际应用的要求，即在保证Out-To-InError很低的情况下，消除In-To-OutError，这样一来才能保证对进入危险区域的目标节点不发生误判。[文献1]TianHe，ChengduHuang，BrianM。Blum，JohnA。Stankovic；Range-FreeLocalizationSchemesforLargeScaleSensorNetworks[C]。ProceedingsoftheAnnualInternationalConferenceonMobileComputingandNetworking，MOBICOM，2003:81-95。[文献2]杨骥，刘锋；无线传感器网络基于中垂线分割的APIT的改进定位算法[J]。传感技术学报。2008，28(8):1453-1457。[文献3]周勇等；基于三角形重心扫描的改进APIT无线传感器网络自定位算法[J]。计算机研究与发展，2009，46(4):566-574。[文献4]曹美丽等；无线传感器网络基于APIT的混合定位算法[J]。微电子学与计算机，2009，26(06):58-61。[文献5]曾凡珍；无线传感器网络中基于余弦定理的改进APIT定位算法研究[D]。江西:江西师范大学，2011。[文献6]赵江运；无线传感器网络非基于测距定位算法研究[D]。四川:西南交通大学，2014。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种消除In-To-Out错误的侵入危险区域的无线传感器网络预警方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法；所述的无线传感器网络(WSN)由目标节点、锚节点和邻居节点这三类传感器节点所组成；无线传感器网络(WSN)中需要定位的节点称为目标节点；位置已知并可协助目标节点定位的节点称为锚节点；在目标节点的一个通信半径内，并可直接通信的节点称为邻居节点；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在危险区域边界合理的部署锚节点，具体地即要求锚节点整体布局基本满足“凸多边形的轮廓”，以满足测试前提；其中凸多边形区域的判定又可转化为三角形区域；步骤2：锚节点广播，使所有锚节点能更新得到可与其通信的所有参考锚节点；步骤3：选取目标节点P；步骤4：找出满足目标节点P测试条件的N个邻居节点；所述的邻居节点必须与目标节点P具有一组相同参考锚节点；如果存在这样的邻居节点，那么就可以模拟目标节点P的“移动”，进行算法测试；步骤5：目标节点收集参考锚节点的信息，所述的信息包括标识号、接收到的信号强度，与邻居节点交换各自接收到的参考锚节点的信息，为测试判定提供计算条件；步骤6：设定标识变量IsOut，并判断，邻居节点数量NeighbeiCount≥1&&参考锚节点数量RefCounf≥3？若是，顺序执行下述步骤7；若否，则该目标节点P为不可定位节点，则该目标节点P为外部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝TURE，本流程结束；步骤7：依次取出N个邻居节点，进行PIT测试；初始化目标节点P在区域内的次数CountIn＝0，初始化目标节点P在区域外的次数CountOut＝0，并执行第一阶段测试；步骤7.1：目标节点P与邻居节点交换信息，并进行PIT测试，假如存在一个方向，沿着这个方向目标节点P会同时远离或接近三个锚节点A、B、C，则P位于△ABC外；否则，P位于△ABC内；步骤7.2：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，那么继续用规则①测试；如果仍满足规则①中判定在△ABC内的条件，那么就判定在△ABC内；若不满足规则①判定在△ABC内的条件，则再用规则②测试，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外，否则就改判在△ABC内；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，那么继续用规则②测试；如果仍满足规则②中判定在△ABC外的条件，那么就判定在△ABC外；若不满足规则②判定在△ABC外的条件，则再用规则①测试，若测试结果满足在△ABC内，那么就判在△ABC内，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外；步骤7.3：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，则CountIn＝CountIn+1；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，则CountOut＝CountOut+1；步骤7.4：取出下一邻居节点，并回转执行所述的步骤7.1，直至所有邻居节点取完；步骤8：执行第二阶段测试；步骤8.1：判断CountIn是否大于CountOut？若是，则该目标节点P为内部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝FALSE；若否，则该目标节点P为外部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝TURE；步骤8.2：判断IsOut是否为TURE？若是，则判定目标节点P在△ABC区域外；若否，则判定目标节点P在△ABC区域内；步骤8.3：本流程结束；其中：规则①为：余弦值判定规则；如果一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法；所述的无线传感器网络(WSN)由目标节点、锚节点和邻居节点这三类传感器节点所组成；无线传感器网络(WSN)中需要定位的节点称为目标节点；位置已知并可协助目标节点定位的节点称为锚节点；在目标节点的一个通信半径内，并可直接通信的节点称为邻居节点；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在危险区域边界合理的部署锚节点，具体地即要求锚节点整体布局基本满足“凸多边形的轮廓”，以满足测试前提；步骤2：锚节点广播，使所有锚节点能更新得到可与其通信的所有参考锚节点；步骤3：选取目标节点P；步骤4：找出满足目标节点P测试条件的N个邻居节点；所述的邻居节点必须与目标节点P具有一组相同参考锚节点；如果存在这样的邻居节点，那么就可以模拟目标节点P的“移动”，进行算法测试；步骤5：目标节点收集参考锚节点的信息，所述的信息包括标识号、接收到的信号强度，与邻居节点交换各自接收到的参考锚节点的信息，为测试判定提供计算条件；步骤6：设定标识变量IsOut，并判断，邻居节点数量NeighbeiCount≥1&&参考锚节点数量RefCounf≥3？若是，顺序执行下述步骤7；若否，则该目标节点P为不可定位节点，则该目标节点P为外部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝TURE，本流程结束；步骤7：依次取出N个邻居节点，进行PIT测试；初始化目标节点P在区域内的次数CountIn＝0，初始化目标节点P在区域外的次数CountOut＝0，并执行第一阶段测试；步骤7.1：目标节点P与邻居节点交换信息，并进行PIT测试，假如存在一个方向，沿着这个方向目标节点P会同时远离或接近三个锚节点A、B、C，则P位于△ABC外；否则，P位于△ABC内；步骤7.2：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，那么继续用规则①测试；如果仍满足规则①中判定在△ABC内的条件，那么就判定在△ABC内；若不满足规则①判定在△ABC内的条件，则再用规则②测试，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外，否则就改判在△ABC内；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，那么继续用规则测试；如果仍满足规则②中判定在△ABC外的条件，那么就判定在△ABC外；若不满足规则②判定在△ABC外的条件，则再用规则①测试，若测试结果满足在△ABC内，那么就判在△ABC内，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外；步骤7.3：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，则CountIn＝CountIn+1；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，则CountOut＝CountOut+1；步骤7.4：取出下一邻居节点，并回转执行所述的步骤7.1，直至所有邻居节点取完；步骤8：执行第二阶段测试；步骤8.1：判断CountIn是否大于CountOut？若是，则该目标节点P为内部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝FALSE；若否，则该目标节点P为外部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝TURE；步骤8.2：判断IsOut是否为TURE？若是，则判定目标节点P在△ABC区域外；若否，则判定目标节点P在△ABC区域内；步骤8.3：本流程结束；其中：规则①为：余弦值判定规则；如果一点位于三角形内部，那么它具有以下特性：该点与三顶点的距离之和小于三边之和；该点与三顶点组成的夹角中钝角数不少于2个；假设三个锚节点A、B、C之间的距离分别为dAB、dBC、dAC；目标节点P到各锚节点的距离为dAP、dBP、dCP；运用余弦定理可以求出目标节点P与三个锚节点之间夹角的余弦值：cos∠APB=dAP2+dBP2-dAB22dAP×dBPcos∠APC=dAP2+dCP2-dAC22dAP×dCPcos∠BPC=dBP2+dCP2-dBC22dBP×dCP---(1);]]>当目标节点P与三个锚节点的三个夹角中至少有2个钝角时，那么判定P在△ABC内部；否则，判定P在△ABC外部；规则②为：边缘效应规则；当目标节点P由外向内靠近△ABC的边线时，也容易出现2个钝角，在出现2个钝角时，引入约束阈值K，如果有PA+PB‑AB<K，即目标节点P到两锚节点A、B的距离之和与两锚节点A、B间距离的差小于阈值K，则改为判定P在△ABC外部；否则就仍判定P在△ABC内部。...

【技术特征摘要】
1.一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法；所述的无线传感器网络WSN由目标节点、锚节点和邻居节点这三类传感器节点所组成；无线传感器网络WSN中需要定位的节点称为目标节点；位置已知并可协助目标节点定位的节点称为锚节点；在目标节点的一个通信半径内，并可直接通信的节点称为邻居节点；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在危险区域边界合理的部署锚节点，具体地即要求锚节点整体布局满足“凸多边形的轮廓”，以满足测试前提；步骤2：锚节点广播，使所有锚节点能更新得到可与其通信的所有参考锚节点；步骤3：选取目标节点P；步骤4：找出满足目标节点P测试条件的N个邻居节点；所述的邻居节点必须与目标节点P具有一组相同参考锚节点；如果存在这样的邻居节点，那么就可以模拟目标节点P的“移动”，进行算法测试；步骤5：目标节点收集参考锚节点的信息，所述的信息包括标识号、接收到的信号强度，与邻居节点交换各自接收到的参考锚节点的信息，为测试判定提供计算条件；步骤6：设定标识变量IsOut，并判断邻居节点数量≥1与参考锚节点数量RefCounf≥3是否同时成立；若是，顺序执行下述步骤7；若否，则该目标节点P为不可定位节点，则该目标节点P为外部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝TURE，本流程结束；步骤7：依次取出N个邻居节点，进行PIT测试；初始化目标节点P在区域内的次数CountIn＝0，初始化目标节点P在区域外的次数CountOut＝0，并执行第一阶段测试；步骤7.1：目标节点P与邻居节点交换信息，并进行PIT测试，假如存在一个方向，沿着这个方向目标节点P会同时远离或接近三个锚节点A、B、C，则P位于△ABC外；否则，P位于△ABC内；步骤7.2：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，那么继续用规则①测试；如果仍满足规则①中判定在△ABC内的条件，那么就判定在△ABC内；若不满足规则①判定在△ABC内的条件，则再用规则②测试，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外，否则就改判在△ABC内；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，那么继续用规则②测试；如果仍满足规则②中判定在△ABC外的条件，那么就判定在△ABC外；若不满足规则②判定在△ABC外的条件，则再用规则①测试，若测试结果满足在△ABC内，那么就判在△ABC内，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外；步骤7.3：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，则CountIn＝CountIn+1；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，则CountOut＝CountOut+1；步骤7.4：取出下一邻居节点，并回转执行所述的步骤7.1，直至所有邻居节点取完；步骤8：执行第二阶段测试；步骤8.1：判断CountIn是否大于CountOut；若是，则该目标节点P为内部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝FALSE；若否，则该目...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光友，马志艳，郑拓，全睿，陈学海，谢真良，李坤明，陈昊，李浩，李达，明鑫朗，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42