基于限制区域的节点定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于限制区域的节点定位方法，包括：未知节点确定三个锚节点，获得每个锚节点广播的信标信号中包含的锚节点ＩＤ号、坐标、功率等级号和信号最远传输距离，测量并记录每个信标信号的信号强度值；分别根据三个锚节点的功率等级号确定未知节点的第一限制区域，所述第一限制区域是所述三个锚节点共有的通信区域；分别根据三个信标信号的信号强度值确定未知节点的第二限制区域，所述第二限制区域是反映未知节点与三个锚节点之间距离关系的区域；根据所述第一限制区域和第二限制区域确定未知节点的位置坐标。在不增加任何能量开销的条件下，本发明专利技术用较小的计算量有效提高了节点定位精度，具有计算量小、定位精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线传感器网络中传感器节点的定位方法，特别是一种 。
技术介绍
随着现代微电子技术、孩i机电系统(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系统(System-on-Chip， S0C)、纳米材料、无线通信、信号处 理、计算机网络以及互联网等技术的迅猛发展，传统的传感器信息获取技术 从独立的单一化模式向集成化、微型化方向发展，进而向智能化、网络化方 向发展，成为信息获取最基本和最重要的技术之一，促成了无线传感器网络 (Wireless Sensor Networks,简称WSN )的诞生。在无线传感器网络中，传感器节点必须明确自身位置才能详细说明"在 什么位置或区域发生了什么事件"、才能实现对外部目标的定位和跟踪，没 有位置信息的数据几乎没有利用价值，因此节点自身定位问题是无线传感器 网络中十分重要的问题之一 。在实际应用中，由于传感器节点通常采用飞行器或特殊设备抛撒于工作 区域，节点的工作区域或是人类不适合进入的区域，或是不方便进入的区域， 因此传感器节点的位置都是随机的。虽然可以使用全球定位系统(GPS)获得 节点位置，但受到价格、体积、功耗等因素限制，现有无线传感器网络普遍 采用通过已知节点对未知节点进行定位的方法，即利用少量已知节点(通常 称为锚节点，即采用GPS定位或者预先知道位置的节点)作为位置参考，获 得未知节点(不知道位置的节点)的位置信息。具体的作法是，根据节点是 否已知自身位置，把传感器节点分为锚节点(anchor node或beacon node,5又称信标节点)和未知节点(unknown node)。锚节点可以通过携带GPS定位设 备等手段获得自身精确位置，未知节点通过锚节点的位置信息来确定自身位 置，并在传感器节点间建立起一定的空间关系。目前，现有传感器节点定位方法主要涉及二类基于测距的定位方法和 基于限制区域的定位方法。基于测距的定位方法虽然能够获得相对精确的定 位结果，但需要大量的计算开销和通信开销，并不适用于低功耗、低成本的 应用领域。基于限制区域的定位方法是通过对未知节点可能存在的区域进行 估算，从而得到未知节点的估算坐标。现有基于限制区域的定位方法是将节 点接收信号的信号强度值转换为距离，再根据距离进行定位。研究表明，该 方法存在计算量大、定位误差较大的技术缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，具有计算量小、 定位精度高等优点。为了实现上述目的，本专利技术提供了 一种， 包括步骤1、未知节点确定三个锚节点，获得每个锚节点广播的信标信号中 包含的锚节点ID号、坐标、功率等级号和信号最远传输距离，测量并记录每 个信标信号的信号强度值；步骤2、分别根据三个锚节点的功率等级号确定未知节点的第一限制区 域，所迷第一限制区域是所述三个锚节点共有的通信区域；步骤3、分别根据三个信标信号的信号强度值确定未知节点的第二限制 区域，所迷第二限制区域是反映未知节点与三个锚节点之间距离关系的区域;步骤4、根据所述第一限制区域和第二限制区域确定未知节点的位置坐标。所述步骤1包括6步骤ll、未知节点接收锚节点广播的信标信号，获得每个锚节点广播的 信标信号中包含的锚节点ID号、坐标、功率等级号和信号最远传输距离，测量并记录每个信标信号的信号强度值；步骤12、判断锚节点的数量，当锚节点的数量为1时，执行步骤13;当 锚节点的数量为2时，执行步骤15,当锚节点的数量大于3时，执行步骤17; 当锚节点的数量等于3时，执行步骤2;步骤13、根据一个锚节点的功率等级号确定未知节点的第一限制区域， 所述第 一限制区域是所述锚节点的圆形通信区域或环形通信区域；步骤14、根据所述第一限制区域确定未知节点的位置坐标，结束；步骤15、分别根据二个锚节点的功率等级号确定未知节点的第一限制区 域，所述第 一限制区域是所述二个锚节点共有的通信区域；步骤16、根据所述第一限制区域确定未知节点的位置坐标，结束；步骤17、选择三个锚节点，使得以所述三个锚节点为顶点形成三角形的 面积最大，执行步骤2。所述步骤14具体为在所述第一限制区域内随机选取一个坐标作为未知 节点的位置坐标，结束。所述步骤16具体为将所述第一限制区域的边界坐标的平均值作为未知 节点的位置坐标，结束。在上述技术方案基础上，所述步骤2包括步骤21、根据第一锚节点的功率等级号确定未知节点所在的第一通信区 域，所述第一通信区域是第一锚节点通信区域中的一个；步骤22、根据第二锚节点的功率等级号确定未知节点所在的第二通信区 域，所述第二通信区域是第二锚节点通信区域中的一个；步骤23、根据第三锚节点的功率等级号确定未知节点所在的第三通信区 域，所述第三通信区域是第三锚节点通信区域中的一个；步骤24、计算所述第一通信区域、第二通信区域和第三通信区域共有的7通信区域，作为未知节点的第一限制区域。所述第 一锚节点通信区域包括圆形通信区域和环形通信区域，所述第二 锚节点通信区域包括圆形通信区域和环形通信区域，所述第三锚节点通信区 域包括圓形通信区域和环形通信区域。在上述技术方案基础上，所述步骤3包括步骤31、根据三个信标信号的信号强度值确定未知节点与三个锚节点之 间距离关系；步骤32、根据三个锚节点的坐标，通过三个锚节点之间的中垂线设置六 个具有距离特性的区域；步骤33、根据未知节点与三个锚节点之间距离关系，在所述六个具有距 离特性的区域中选择反映未知节点与三个锚节点之间距离关系的区域，作为 未知节点的第二限制区域。所述六个具有距离特性的区域分别为区域一:PA > PB > PC;区域二:PA>PC>PB;区域三PB>PC〉PA;区域四PB>PA〉PC;区域五:PC>PA>PB;区》或六PC〉PB>PA;其中，对于同一区域内的任意一点，PA为该点与第一锚节点的距离，PB 为该点与第二锚节点的距离，PC为该点与第三锚节点的距离。 在上述技术方案基础上，所述步骤4包括步骤41、计算所述第一限制区域和第二限制区域的重叠区域，并获得所 述重叠区域的边界坐标；步骤42、根据所述边界坐标确定未知节点的位置坐标。所述步骤42包括将所述边界坐标的平均值作为未知节点的位置坐标。8本专利技术提出了一种，未知节点通过锚节点 的功率等级号获得未知节点所在的通信区域，通过比较接收到的锚节点信标 信号的信号强度值获得未知节点与锚节点的距离关系，最后获得未知节点的 位置坐标。仿真结果表明，在不增加任何能量开销的条件下，本专利技术用较小 的计算量有效提高了节点定位精度。与现有基于限制区域的定位方法相比， 本专利技术避免了先把信号强度转换为距离再进行定位所带来的计算误差和计算 量，具有计算量小、定位精度高等优点。附图说明图1为本专利技术流程图； 图2为本专利技术确定未知节点所在通信区域的示意图； 图3为本专利技术确定未知节点与锚节点距离关系的示意图； 图4为本专利技术确定未知节点的第一限制区域的流程图； 图5为本专利技术确定未知节点的第一限制区域的示意图； 图6为本专利技术确定未知节点的第二限制区域的流程图； 图7为本专利技术确定未知节点的第二限制区域的示意图； 图8为本专利技术确定未知节点的位置坐标的流程图； 图9为本专利技术确定未知节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于限制区域的节点定位方法，其特征在于，包括：　步骤１、未知节点确定三个锚节点，获得每个锚节点广播的信标信号中包含的锚节点ＩＤ号、坐标、功率等级号和信号最远传输距离，测量并记录每个信标信号的信号强度值；　步骤２、分别根据三个 锚节点的功率等级号确定未知节点的第一限制区域，所述第一限制区域是所述三个锚节点共有的通信区域；　步骤３、分别根据三个信标信号的信号强度值确定未知节点的第二限制区域，所述第二限制区域是反映未知节点与三个锚节点之间距离关系的区域；　 步骤４、根据所述第一限制区域和第二限制区域确定未知节点的位置坐标。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，刘凯，高强，王超，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]