基于共线度的协作定位节点选择方法技术

本发明专利技术涉及一种基于共线度的协作定位节点选择方法，包括如下的步骤：估计出该待定位节点相对于节点i的位置估计的方差；计算该待定位节点节点的总费用；计算该待定位节点最终的费用值；从邻节点集S中删除费用值最大的节点；重复第二、三、四步直到剩下指定数目的节点。

【技术实现步骤摘要】
基于共线度的协作定位节点选择方法
本专利技术涉及一种基于共线度的协作定位节点选择方法。
技术介绍
随着移动互联网时代的带来，基于位置的服务对定位提出了很高的要求，随时随地获取高定的位置信息成为了许多应用的前提。但是目前广泛使用的GPS系统或者无线传感器网络定位都难以满足用于的定位需求，于是出现了协作定位技术。协作定位技术是指待定位节点间通过相互协作来实现定位，包括协作节点间建立通信链路用于共享定位信息，通过测距系统来测量节点间的距离。协作定位具有其他定位系统不具备的有点，比如锚节点密度要求低、定位范围更广、定位精度更高等。但是节点间的协作也带来了一些问题，比如定位网络的平均连接数过高，从而导致信道拥塞和定位延时。通常协同定位的平均连接数是非协同定位的10倍以上，在实际定位中若带定位节点使用全部节点进行位置估计，将耗费大量的计算时间，实时性难以得到保证，且辅助节点中误差较大的节点会影响定位精度。因此在进行合作定位过程中，合适的协作节点选择算法既能缩短定位时间，又能提高定位精度。目前常用的邻节点选择算法包括根据信号强度[1]或者距离远近[2]来进行选择，根据信号强度的选择算法和根据距离的选择算法类似，其依据距离越远会导致测量误差增加，但是这种节点选择策略仅适合用于传统的定位方法，在协作定位中若邻居节点为其他移动节点，该选择策略缺少对移动接节点可靠性的衡量。也有基于克拉美罗界的方法来选择邻接点子集[3]，这种方法是在全空间内搜索所有不同组合来寻找某一组合使得待定位节点的克拉美罗界最小，这种选择方法由于涉及复杂的计算，对于计算能力受限的分布式节点来说并不适用。也有根据信道损耗指数来选择邻节点的方法[4]，该方法可以却掉测距误差较大的节点，但是无法衡量节点的拓扑分布对节点位置估计的影响。在已有的考虑拓扑分布的选择方法中，最常用的是通过位置精度因子PDOP(PositionDilutionofPrecision)[5]来选择邻节点组合，PDOP值越小表示邻接点集合的拓扑分布越好，也就意味着更高的定位精度。PDOP的计算方法如下:H＝[l1,l2,…,ln]T其中H是测量矩阵，n表示所选择的节点个数，li表示待定位节点对卫星的观测向量，最优算法是通过搜索所有的组合，计算每种组合的PDOP值，选择最小的PDOP值对应的组合作为最终的协作子集。因此这是一种时间消耗和计算量都非常大的算法。[1]Moragrega,Ana；Closas,Pau；Ibars,Christian,PotentialGameforEnergy-EfficientRSS-BasedPositioninginWirelessSensorNetworks,IEEEJOURNALONSELECTEDAREASINCOMMUNICATIONS,(2015)1394-1406[2]K.C.V.Tam,K.Lui,Usingmicro-geneticalgorithmstoimprovelocalizationinwirelesssensornetworks,JOURNALOFCOMMUNICATIONS,(2006)1-10.[3]K.Das,H.Wymeersch,Censoringforbayesiancooperativepositioningindensewirelessnetworks,IEEEJOURNALONSELECTEDAREASINCOMMUNICATIONS(2012)1835-1842[4]G.S.-G.AlbertBel1,JoseLopezVicario2,Real-timepathlossandnodeselectionforcooperativelocalizationinwirelesssensornetworks,IEEEInternationalSymposiumonPersonal(2010)283{288doi:10.1109/PIMRCW.2010.5670380[5]ParkCW.PreciserelativenavigationusingaugmentedCDGPS[D].Massachusetts:MassachusettsInstituteofTechnology，2001.
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是克服现有邻节点选择算法的不足，提供一种协作定位节点选择方法。本专利技术结合邻节点的位置的可靠性和节点间的拓扑分布，对PDOP算法进行了优化改进，优化后的算法不但可以适用于协作定位，而且避免了在全空间内搜索所有组合，使待定位节点快速选择出合适的节点进行定位。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于共线度的协作定位节点选择方法，设待定位节点的邻居节点集合为S，i，j为集合S中的两个节点，i，j为集合S中的两个节点，θij为节点i，j与待定位节点的连线所构成的夹角，包括如下的步骤：第一步：估计出该待定位节点相对于节点i的位置估计的方差σi。第二步：计算节点i与节点j间的费用值Jij＝cos2θij,并将于其他所有可视节点的费用相加作为该带定位节点节点的总费用：第三步：计算该待定位节点最终的费用值：第四步：从邻节点集S中删除费用值最大的节点。第五步：重复第二、三、四步直到剩下指定数目的节点。本专利技术由于采取了以上技术方案，其具有以下优点：1.该算法通过计算每个邻居节点的总费用来逐个剔除不合适的节点，避免了全空间搜索的计算量大的问题。2.该算法同时衡量了邻节点位置的可靠性，将邻节点的位置的方差作为权值来计算该节点的费用值。位置方差越大，该节点的费用值越大。3.该方法能够有效提出剔除相互之间夹角很小的节点，使剩余的节点组合具有很好的几何分布。如图2所示,夹角越大的节点组合具有更大的价值量。该方法计算迅速，选择的节点组合虽然不是最有解集，但是在算法复杂度和定位精度两者之间实现了较好的平衡。附图说明图1协作定位场景图，图中待定位节点从周围5个邻节点中选择指定数目的节点，θ12表示邻节点间的夹角。图2节点价值量随角度的变化曲线图3不同算法在选择的节点组合的PDOP值随着时间变化趋势具体实施方式设待定位节点的邻居节点集合为S，i，j为集合S中的两个节点，θij为节点i，j与待定位节点的连线所构成的夹角，如图1所示。选择算法的执行过程如下：第一步：节点i首先估计出该节点的位置估计的方差σi。第二步：节点i计算与j节点间的费用值Jij＝cos2θij,并将于其他所有可视节点的费用相加作为该节点的总费用：第三步：将第一步求出的i节点估计位置的方差与该节点和其他节点总费用相乘作为最终的费用值：第四步：从邻节点集S中删除费用值最大的节点。第五步：重复第二、三、四步直到剩下指定数目的节点。本专利技术的算法，实现的效果和采用PDOP方法获得的效果具有几乎相同的效果，但是却节约大量的搜索时间和计算量。节点集合PDOP作为衡量协作节点集合的标准，可以发现改进算法的PDOP仅次于最优算法，最远、最近算法的PDOP值接近，随机算法(从所有邻居节点中随机选择部分节点进行协作)变化比较大。结合图3和表1，最优算法虽然在PDOP、定位误差上均取得最好的结果。但是计算时间也非常长，超过其他算法2个数量级，改进算法在PDOP与定位误差上仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于共线度的协作定位节点选择方法，设待定位节点的邻居节点集合为S，i，j为集合S中的两个节点，i，j为集合S中的两个节点，θ

【技术特征摘要】
1.一种基于共线度的协作定位节点选择方法，设待定位节点的邻居节点集合为S，i，j为集合S中的两个节点，i，j为集合S中的两个节点，θij为节点i，j与待定位节点的连线所构成的夹角。包括如下的步骤：第一步：估计出该待定位节点相对于节点i的位置估计的方差σi...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永涛，刘伟伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12