一种基于方向决策的动态路径节点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于方向决策的动态路径节点定位方法，该方法采用定向天线，辨别通信中传感器节点的方位，然后运用一种方向决策方案决定移动锚节点下一步移动的方向，移动的角度遵循等边三角形最优原理。锚节点每运行一步广播一次其坐标信息，未知节点在接收到四个锚节点数据包后，运用基于权重选择的三边定位算法进行自我定位。在锚节点遍历过正常路径后，运用网格递增式优化算法进行进一步定位优化。本发明专利技术应于传感器节点分布不均但是连续的U型或Z型无线传感器网络节点的定位，其定位精度较高，路径规划非常灵活。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于方向决策的动态路径节点定位方法，属于无线传感器定位

技术介绍
嵌入式、微机电系统(MEMS)等科技的研究与进步，使得采用配备低功耗处理器、适量的内存器、无线信号收发器等设备的节点建立一个自组织的无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSNs)成为现实。无线传感器网络一般被部署在人烟稀少、范围广阔的区域。其典型的部署方式是通过如飞机的飞行器，将大量传感器节点抛撒在监测区域。无线传感器网络是一个多功能自治感知网络，具有信息感知、通信、信息处理等功能。作为物理世界和数字世界之间沟通的桥梁，WSNs被广泛地应用在各个领域以处理信息感知的问题，包括：军事、工业、建筑、医疗、航海等，特别在自然灾害监测、预警、救援以及其他紧急情况中充当着不可或缺的角色。例如，当传感器节点被布置在不同深度的海底时，它们可以收集不同位置海水中的温度、压力及其他数据，从而可以观测冰川的活动。当传感器节点被布置在鸟巢中，它们可以收集特定鸟类的生活习性。在上述介绍的应用中，所有有用的信息都建立在传感器节点精确定位的前提下。因此，在WSNs中节点的定位技术是最基本和最核心的技术之一，有效的定位技术和最优化的定位方法值得被深入研究。如今运用在各个领域的定位技术为：全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)，其技术已比较成熟，具有定位精度高、实时性好等特点。但是WSNs中，传感器节点具有规模大、成本低、体积小、能量有限和随机部署等特点，这些特点使得在每一个传感器节点上都配备一个GPS设备不具可行性。因此，设计出具有节能性、健壮性、自组织性的WSNs节点定位技术已成为众多学者研究的热点。目前，学术界已经提出了很多节点定位算法。其中，基于移动锚节点的定位技术可以融合测距和非测距技术的优势，所以越来越受到大家的关注。目前基于移动锚节点的定位技术主要分为两类：一类是将未知节点的定位问题转化为几何问题，采用未知节点与锚节点之间的几何关系，计算未知节点的坐标。另一类则采用路径规划，即移动锚节点沿着特定轨迹运行，并定期发送数据包，未知节点根据收到的数据包进行自我定位。在未知节点分布均匀的区域中，采用静态锚节点路径规划方法比较合适，静态路径规划方法对待定位区域有比较全面的覆盖，定位精度也比较高。但在传感器节点分布不均但是连续的U型网络或Z型网络定位区域中，静态的路径规划算法不够灵活，大量的时间和能源都浪费在没有传感器节点的区域而节点分布较密的区域虚拟锚节点信息则相对较少的问题，所以静态路径规划的方法不合适。而现有的动态路径规划方法中，锚节点运行轨迹比较平滑，会存在较大的共线问题，所以如何实现最优化的路径是基于移动锚节点定位技术需要解决的问题。而本专利技术能够很好地解决上面的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于方向决策的动态路径节点定位方法(简称DPOD)，该方法的锚节点移动方向遵循60°的倍数变化，能够解决锚节点共线问题。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于方向决策的动态路径节点定位方法，该方法锚节点采用定向天线辨别通信中传感器节点的方位，然后运用一种方向决策方案决定移动锚节点下一步移动的方向，移动的角度遵循等边三角形最优原理。锚节点每运行一步广播一次其坐标信息，未知节点在接收到四个锚节点数据包后，运用基于权重选择的三边定位算法进行自我定位。在锚节点遍历过正常路径后，运用网格递增式优化算法进行进一步定位优化。方法流程：步骤1：锚节点广播自身位置的数据包；步骤2：锚节点接收通信范围内未定位节点反馈数据包，并采用定向天线辨别未定位传感器节点所处区域，遵循等边三角形最优原理，采用六个固定方向选择的方向决策方案决定下一步移动的方向；步骤3：锚节点每运行一步广播自身坐标信息，步长为节点通信半径的长度；步骤4：未知节点接收锚节点数据包；步骤5：未知节点在接收到四个锚节点数据包后，运用基于权重选择的三边定位算法进行自我定位，并向锚节点发送反馈数据包；步骤6：已定位成功的节点将自身坐标发送给后台；步骤7：锚节点在运行过程中，若通信半径内接收不到未知节点信息，则利用功率控制器增大发射功率，先增大为通信半径的两倍，若还是无法接收到未知节点信息，则增大为通信半径的三倍，若还是无法接收到未知节点信息，则锚节点随机运行直到接收到未知节点为止，期间不广播自身定位信息；步骤8：锚节点遍历所有路径后，后台决策静态信标点；步骤9：选作静态信标的节点广播自身位置，其他仍未定位的节点再次接收信息并定位；步骤10：定位成功的节点开始信息采集工作。进一步的，本专利技术所述方法中锚节点的动态路径规划，包括如下步骤：第一步：方向决策采用定向天线和功率调节器，按照特定的方向决策方案决定下一时刻的移动方向，移动方向遵守等边三角形最优原理；第二步：移动步长选取移动步长选取未知节点通信半径的长度。进一步的，本专利技术传感器节点的信息采集和存储机制，包括如下步骤：第一步：锚节点广播数据包；第二步：未知节点接收数据包；第三步：未知节点反馈信息；第四步：锚节点存储未知节点数据。进一步的，本专利技术所述传感器节点的自定位方法，包括如下步骤：第一步：未知节点基于权重选择的三边测量方法进行自我定位；第二步：未知节点采用网格递增式优化算法进行定位优化。有益效果：1、本专利技术锚节点移动方向是遵循60°的倍数变化，很好地解决了锚节点共线问题。2、相较于静态的路径规划网络，本专利技术减少了总的移动长度，降低了能耗。3、本专利技术锚节点不会在没有未知节点的空白区域运行和广播自身信息，能够在有未知节点的地方广播更多的信息，使得有未知节点的区域的锚节点密度增大而提高定位精度。附图说明图1为本专利技术中锚节点定向天线分配图。图2为本专利技术中锚节点运行方向图。图3为本专利技术中权重三边测量算法图。图4为本专利技术中权重计算示意图。图5为本专利技术中网格递增式定位优化原理图。图6为本专利技术中U型网络动态路径仿真图。图7为本专利技术中Z型网络动态路径仿真图。图8为本专利技术中锚节点工作流程图。图9为本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术创造作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种基于方向决策的动态路径节点定位方法，该方法包括如下步骤：步骤1：锚节点广播自身位置的数据包；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于方向决策的动态路径节点定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：锚节点广播自身位置的数据包；步骤2：锚节点接收通信范围内未定位节点反馈数据包，并采用定向天线辨别未定位传感器节点所处区域，遵循等边三角形最优原理，采用六个固定方向选择的方向决策方案决定下一步移动的方向；步骤3：锚节点每运行一步广播自身坐标信息，步长为节点通信半径的长度；步骤4：未知节点接收锚节点数据包；步骤5：未知节点在接收到四个锚节点数据包后，运用基于权重选择的三边定位算法进行自我定位，并向锚节点发送反馈数据包；步骤6：已定位成功的节点将自身坐标发送给后台；步骤7：锚节点在运行过程中，若通信半径内接收不到未知节点信息，则利用功率控制器增大发射功率，先增大为通信半径的两倍，若还是无法接收到未知节点信息，则增大为通信半径的三倍，若还是无法接收到未知节点信息，则锚节点随机运行直到接收到未知节点为止，期间不广播自身定位信息；步骤8：锚节点遍历所有路径后，后台决策静态信标点；步骤9：选作静态信标的节点广播自身位置，其他仍未定位的节点再次接收信息并定位；步骤10：定位成功的节点开始信息采集工作。

【技术特征摘要】
1.一种基于方向决策的动态路径节点定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：锚节点广播自身位置的数据包；
步骤2：锚节点接收通信范围内未定位节点反馈数据包，并采用定向天线辨别未定位传
感器节点所处区域，遵循等边三角形最优原理，采用六个固定方向选择的方向决策方案决定
下一步移动的方向；
步骤3：锚节点每运行一步广播自身坐标信息，步长为节点通信半径的长度；
步骤4：未知节点接收锚节点数据包；
步骤5：未知节点在接收到四个锚节点数据包后，运用基于权重选择的三边定位算法进
行自我定位，并向锚节点发送反馈数据包；
步骤6：已定位成功的节点将自身坐标发送给后台；
步骤7：锚节点在运行过程中，若通信半径内接收不到未知节点信息，则利用功率控制
器增大发射功率，先增大为通信半径的两倍，若还是无法接收到未知节点信息，则增大为通
信半径的三倍，若还是无法接收到未知节点信息，则锚节点随机运行直到接收到未知节点为
止，期间不广播自身定位信息；
步骤8：锚节点遍历所有路径后，后台决策静态信标点；
步骤9：选作静态信标的节点广播自身位置，其他仍未定位的节点再次接收信息并定位；
步骤10：定位成功的节点开始信息采集工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于方向决策的动态路径节点定位方法，其特征在于，所
述方法中锚节点的动态路径规划，包括如下步骤：
第一步：方向决策
采用定向天线和功率调节器，按照特定的方向决策方案决定下一时刻的移动方向，移动
方向遵守等边三角形最优原理；
第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嫣艳，张玲华，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32