一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法利用单个移动锚节点，间接利用RSSI算法，属于无线传感器网络中移动锚节点非测距方法，该方法的移动锚节点在空中既定规划路径上运行，并按一定周期，定期广播当前的定位信息。规划的路径沿经纬线设计，利用同一纬线上的广播点纬度恒定，而经度不同；同一经线上的广播点经度恒定，而纬度不同的原理，利用未知节点通信半径内所接收最强的两个信号强度(即RSSI)比值及其位置信息，通过简单的运算计算出待定位区域的未知节点定位信息。本发明专利技术不仅具有良好的定位精度，还可以显著降低定位运算的复杂度，消除定位盲区，节约定位时间。本发明专利技术尤其适用于地势起伏、能有较多障碍物的待定位区域。

WSN node positioning method based on space coordinate information broadcast

The invention discloses a WSN node localization method based on space coordinate information broadcasting, the method of using a single mobile anchor node, using indirect RSSI algorithm, which belongs to the wireless sensor network in the mobile anchor node non fault location method, the method of the mobile anchor node in the air the established planning path, and in a certain period, regular broadcast the current location information. Planning the path along the longitude and latitude line design, the use of radio the same latitude and longitude constant, different broadcast point; the same longitude of the longitude and latitude of different constant principle, using the two strongest signal strength received by the unknown node communication radius (RSSI) information ratio and its position is calculated through simple calculation of unknown node location information to locate the area of. The invention not only has good positioning accuracy, but also can significantly reduce the complexity of the positioning operation, eliminate the positioning blind area and save the positioning time. The invention is especially suitable for the location of the terrain to be changed and the area to be fixed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，属于无线传感器定位

技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，即WSN)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。许多运用传感网络的应用正在兴起，如：环境监测、智能建筑故障检测和报告、问题追踪等。在这些应用中，为了使得所采集到的数据能够清楚地表达出地理位置，节点的自身定位显得尤为重要。由于节点工作区域往往是人类不适合进入的区域，可能是悬崖，可能是峡谷，也有可能是敌对区域。有时候传感器节点是通过飞机进行撒放的，所以，节点的具体位置不能事先确定。且传感网络的应用往往涉及到巨大数量的节点。这些特点使得统一部署管理每一个节点变得不现实。GPS定位系统是目前使用最广泛最成熟的定位系统，但是其对于节点的能耗要求比较大，而且成本昂贵。无线传感器网络的节点数量庞大，且每个节点功率低，可靠性低，只能和邻近的有限数量的节点进行通信。所以，GPS显然不是一个合适的选择。我们希望找到一种方法使得传感网络可以自组织坐标系。目前，学术界已经提出了很多节点定位算法。绝大多数的传感网络节点定位算法研究可分为两大类：基于测距的定位算法和非测距的定位算法。在无线传感器网络中，我们通常用GPS定位设备或者人工部署等手段获取少量传感器节点的位置，这些节点称为锚节点或信标节点，其余大量节点的位置是未知的。这些未知节点通过与锚节点之间的某种通信来确定自身的位置。其中，通过测量与锚节点间的距离或角度来进行自身节点定位的算法称为基于测距的算法。而仅依据相对位置关系或网络连通性来进行自身节点定位的算法称为非测距的定位算法。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解决了在复杂地势情况下，传感器网络中大量节点的自身定位的问题，提出了一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法利用空中资源，巧妙地避开了峡谷、丘陵等起伏不平的地势和可能遇到巨大的障碍物的情况。采用沿经线和纬线的直线飞行方式，减短了总运行路径。利用接收信号强度来估算传感器节点的位置，简化了定位的算法。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：本专利技术首先确定定位范围，然后将需要定位的区域用一个矩形框框起来，矩形框两条边应与纬线平行。确定飞行平面距离最低地势的高度h，通信半径R，规划路径的飞行间距运行轨迹超出矩形框长度为s＝vT(v为飞机匀速飞行速度，T为锚节点广播周期)。传感器节点实时接收锚节点信号，当飞机沿纬线运行时，待定位节点记录下通信半径内收到的所有经度和其对应的接收信号强度(即RSSI)。选取RSSI最强的两个经度信息，假设最强的RSSI处的经度为x1，RSSI为m1，次强的RSSI处的经度为x2，RSSI为m2，利用计算出经度x。同理，当飞机沿经线运行时，可通过计算出维度y。当所有节点都存储好经纬度时，定位结束。方法流程：本专利技术提供一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法的路径规划包括如下步骤：第一步：确定定位范围，将其至于矩形框内；第二步：确定飞行高度，测出最低地势海平面高度H，选取合适的飞行高度h，即(0<h<R，R为节点的通信半径)，从而确定飞行平面高度H+h；第三步：确定飞行间距，由上一步确定的h和节点的通信半径R，规划路径的飞行间距为d=2R2-h2;]]>第四步：确定飞行轨迹，锚节点运行轨迹先后沿纬度和经度运行通过待定位区域，运行轨迹在超出待定位区域的矩形框后，再运行距离为s＝vT(s为运行轨迹超出矩形框长度，v为飞机匀速飞行速度，T为锚节点广播周期)。本专利技术是基于RSSI比值和经纬度的非测距定位算法，包括如下步骤：第一步：待定位节点在锚节点沿纬线和经线运行时，记录下通信半径内所收到的所有锚节点信息，同时记录下每个锚节点位置上所接收到的信号强度指示RSSI；第二步：待定位节点从所接收到的所有信息中，选取RSSI最大的两个锚节点信息；第三步：利用公式计算出经度x，通过公式计算出维度y。其中，(x1,y1)为接收信号强度最强处的经纬度，x1为经度，y1为纬度，m1为其信号强度。(x2,y2)为接收信号强度次强处的经纬度，x2为经度，y2为纬度，m2为其信号强度。(x,y)为待定位未知节点的经纬度，x为经度，y为纬度；第四步：存储定位信息，定位完成。本专利技术是基于单个的锚节点在空间的运行；锚节点在空中规划平面运行，避开在地面上存在的复杂的地形和障碍物。有益效果：1、本专利技术采用单个锚节点，只需给锚节点配备GPS设备，与多锚节点算法相比，本专利技术能够很好地节约成本。2、本专利技术间接利用RSSI算法，有效地规避了衰落给距离测算的带来的误差，具有良好的定位精度。3、本专利技术采用的定位方法计算量小，可以显著降低定位运算的复杂度。4、本专利技术利用空中资源，能够很好地适用于地势起伏、或有较多障碍物的待定位区域。5、本专利技术可以有效地缩短锚节点运行时间，能够全面覆盖待定位区域，避免了定位盲区，节约定位时间。附图说明图1为本专利技术确定定位范围的示意图。图2为本专利技术确定飞行平面高度的示意图。图3为本专利技术计算锚节点飞行间距的示意图。图4为本专利技术移动锚节点路径规划示意图。图5为本专利技术待定位节点在通信范围内接收锚节点信息的示意图。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。本专利技术相关参数的说明，包括：v—为飞机匀速飞行速度；T—为锚节点广播周期)；H—最低地势海平面海拔高度；h—距离最低地势平面的高度(0<h<R)；H+h—锚节点运行平面海拔高度；R—通信半径；d—飞行间距；s—运行轨迹超出矩形框长度；(x1,y1)—接收信号强度最强处的经纬度，x1为经度，y1为纬度；(x2,y2)—接收信号强度次强处的经纬度，x2为经度，y2为纬度；(x,y)—待定位未知节点的经纬度，x为经度，y为纬度；m1—接收信号强度最强处的信号强度；m2—接收信号强度次强处的信号强度。本专利技术提供了一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法包括如下步骤：如图1所示，本专利技术确定定位范围，用一个矩形框将未知节点都包含其中，矩形框两边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，其特征在于，包括：首先确定定位范围，然后根据定位范围进行路径规划，规划的路径沿经纬线设计；接着飞行器上的配备GPS和信息发射设备的锚节点，在规划的路径上运行，同时以周期T定期发布锚节点当前所在经纬度信息；处于待定位区域的待定位节点接收并记录下通信半径内所有锚节点发射的经纬度信息，同时记录下各个定位点接收到的信号强度指示RSSI；待定位节点根据接收信号强度最大的两个定位点，先后计算出该未知节点的经度和纬度，并存储，从而完成定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，其特征在于，包括：
首先确定定位范围，然后根据定位范围进行路径规划，规划的路径沿经纬线设计；接着
飞行器上的配备GPS和信息发射设备的锚节点，在规划的路径上运行，同时以周期T定期发
布锚节点当前所在经纬度信息；处于待定位区域的待定位节点接收并记录下通信半径内所有
锚节点发射的经纬度信息，同时记录下各个定位点接收到的信号强度指示RSSI；待定位节点
根据接收信号强度最大的两个定位点，先后计算出该未知节点的经度和纬度，并存储，从而
完成定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，其特征在
于，所述方法的路径规划包括如下步骤：
第一步：确定定位范围，将其至于矩形框内；
第二步：确定飞行高度，测出最低地势海平面高度H，选取合适的飞行高度h，即(0<h<R，
R为节点的通信半径)，从而确定飞行平面高度H+h；
第三步：确定飞行间距，由上一步确定的h和节点的通信半径R，规划路径的飞行间距
为d=2R2-h2;]]>第四步：确定飞行轨迹，锚节点运行轨迹先后沿纬度和经度运行通过待定位区域，运行
轨迹在超出待定位区域的矩形框...

【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