一种无线传感器网络节点定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络定位方法，所述方法包括：A：在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标，并将初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解；B：将初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值；C：根据旧解生成一个新解，并生成新解对应的新目标函数值；D：比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值；E：判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则返回C；如果否，则结束循环，并将D中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络节点定位方法及装置
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种无线传感器网络节点定位方法及装置。
技术介绍
无线传感器网络(WSN)是用来监测网络部署区域中各种环境的特性，比如温度、湿度、光照、化学物质浓度等，主要应用于军事侦察、交通路况监测以及在医疗中对病人的跟踪等场景，其中多数监测信息需要附带相应的节点位置信息。了解无线传感器网络节点的位置分布状况不仅起到对目标的定位和跟踪作用，还可以提高路由效率，提供网络的覆盖质量、实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置。所以，实现节点精准定位成为WSN的关键技术之一。目前无线传感器网络的节点定位方法有两种，一种是基于测距的定位方法，另一种是基于非测距的节点定位方法。所谓基于测距的定位方法需要传感器节点能够测量节点之间的具体距离或角度信息，此种方法需要附加的硬件。所谓非测距节点定位法是指不直接对节点之间的距离进行测量，而是通过最短距离法获得锚节点之间的最小跳数，根据锚节点之间的距离和跳数获得每跳距离，然后再通过最短距离法获得锚节点和未知节点之间的跳数，根据上述每跳距离和锚节点与未知节点之间的跳数得知锚节点与未知节点之间的距离，最后利用未知节点到3个或3个以上锚节点之间的距离获取未知节点的坐标信息。其中，所述锚节点是指可以自主获取自身位置的节点；所述未知节点是指预先不知道自身位置、需要根据锚节点的位置信息得到估计位置信息的节点；所述跳数是指两节点之间的跳段总数；所述每跳距离是指邻居节点之间的距离。这种非测距节点的定位方法与基于测距的定位方法比较而言，不需要节点有附加的硬件来测量距离或角度信息，大大降低成本，而且受环境因素影响较小，非常适用于大型的无线传感器网络。由于目前的基于非测距节点定位方法是通过最短距离法确定经过未知节点和锚节点之间的最短路径上的所有点，然后根据这些点之间的距离来定位锚节点和未知节点之间的距离，所以这种定位方法依赖于区域内节点的密集程度，区域内节点越稀疏，对节点的定位越不准确，尤其是在覆盖空洞存在的情况下，未知节点与锚节点之间的最短距离与实际距离往往相差较大，因而获得的未知节点的位置信息也往往误差较大，从而导致未知节点位置信息估计不准确，降低了无线传感器网络定位的精度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种无线传感器网络节点定位方法及装置，提高无线传感器网路的定位精度。本专利技术实施例提供一种无线传感器网络节点定位方法，所述方法包括：步骤A：在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标，将所述所有未知节点的初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解；步骤B：将所述初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值；步骤C：根据所述旧解生成一个新解，并根据目标函数生成所述新解对应的新目标函数值；步骤D：比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将所述新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值；步骤E：判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则返回步骤C；如果否，则结束循环，并将步骤D中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定所述区域内未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。优选的，所述第一预设条件具体为：累积到本次的循环次数小于预设第一最大循环次数；或，所述步骤C生成的新目标函数值大于预设第一最小目标函数值。优选的，所述区域共有n个节点，其中m个锚节点，n-m个未知节点，所述目标函数由CF表示，其中，Mi为未知节点i的邻居节点组合，为邻居节点i和j之间的实际距离，所述邻居节点之间的实际距离具体由如下步骤获得：获取邻居节点i和j之间的接近度，所述接近度是指相邻节点i和j之间的接近程度；根据邻居节点i和j之间的接近度与标准距离获得邻居节点i和j之间的估计距离，将所述估计距离作为邻居节点i和j之间的实际距离所述标准距离是指接近度为1的实际距离；所述为根据未知节点i和j的估计位置坐标计算的邻居节点i和j之间的估计距离，和分别表示邻居节点i和j的估计位置坐标，所述未知节点i和j的估计位置坐标为旧解中未知节点i和j的坐标，如果邻居节点是锚节点，则其估计位置坐标为实际坐标。优选的，所述邻居节点i和j之间的接近度具体由NDRij或NDRji表示，其中，Nij表示节点i和j共有邻居节点个数,Ni是节点i的邻居节点个数，Nj是节点j的邻居节点个数，σ是修正参数；所述标准距离具体由λNDR表示，其中，为所述区域内任意两个锚节点之间的实际距离之和，是所述两个锚节点之间的最短接近度距离；所述邻居节点i和j之间的接近度与标准距离获得邻居节点i和j之间的估计距离，并将所述估计距离作为邻居节点i和j之间的实际距离具体为：优选的，所述根据所述旧解生成一个新解具体为：其中，和分别表示未知节点在新、旧解中的估计坐标矩阵；矩阵A表示所述区域内所有锚节点的坐标；NA(n-m,m)矩阵表示未知节点和锚节点之间的真实邻居关系，如果未知节点i和锚节点s是邻居节点，则对应的nais值为1，否则为0；其余参数矩阵N1(n-m,n-m)、N2(n-m,n-m)、D1(n-m,n-m)、D2(n-m,n-m)和D3(n-m,m)的计算方法如下：其中，nuij是指未知节点i与未知节点j之间的邻居关系；是指未知节点i和未知节点j之间的实际距离，是指根据当前未知节点i的估计坐标和未知节点j估计坐标计算的估计距离；是指未知节点i和锚节点s之间的实际距离，是指根据当前未知节点i的估计坐标和锚节点s估计坐标计算的估计距离。优选的，所述方法还包括：判断本轮生成的当前局部最优解对应的目标函数值是否小于上一轮确定的局部最优解对应的目标函数值，如果是，则将当前局部最优解作为本轮确定的局部最优解；如果否，则将上一轮确定的局部最优解作为本轮确定的局部最优解；判断本轮循环是否符合第二预设条件，如果是，则返回步骤A；如果否，则结束循环，并根据最后确定的局部最优解获得各个未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位；其中，所述第二预设条件具体为：累积到本轮的循环次数小于预设第二最大循环次数；或，所述本轮确定的局部最优解对应的目标函数值大于预设的第二最小目标函数值。优选的，在所述步骤E之后，所述方法还包括：判断是否有根据估计坐标获得的邻居关系和根据节点之间通信获得的真实邻居关系完全相同的未知节点，如果有，则将所有符合上述条件的未知节点升级为锚节点，并将根据所述当前局部最优解确定的对应的未知节点的估计坐标作为升级后对应锚节点的实际坐标，然后更新所述区域内的未知节点和锚节点，返回步骤A；如果没有，则执行步骤判断本轮生成的当前局部最优解对应的目标函数值是否小于上一轮确定的局部最优解对应的目标函数值；和/或，在所述步骤A之前，所述方法还包括：测试无线传感器网络是否连通，如果是，则进行步骤A；如果否，则发送网络无法连通警告。本专利技术实施例还提供了一种无线传感器网络节点定位装置，所述装置包括：随机坐标生成单元、初始解形成单元、旧目标函数值生成单元、新解生成单元、新目标函数值生成单元、第一比较单元、第一判断单元和未知节点坐标确定单元，其中，所述随机坐标生成单元，用于在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标；所述初始解形成单元，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，所述方法包括：步骤A：在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标，将所述所有未知节点的初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解；步骤B：将所述初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值；步骤C：根据所述旧解生成一个新解，并根据目标函数生成所述新解对应的新目标函数值；步骤D：比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将所述新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值；步骤E：判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则返回步骤C；如果否，则结束循环，并将步骤D中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定所述区域内未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，所述方法包括：步骤A：在预设区域内随机产生一个坐标，将该坐标作为该区域内所有未知节点的初始估计坐标，将所述所有未知节点的初始估计坐标形成一个矩阵作为初始解；步骤B：将所述初始解作为旧解，根据目标函数生成旧解对应的旧目标函数值；步骤C：根据所述旧解生成一个新解，并根据目标函数生成所述新解对应的新目标函数值；步骤D：比较新目标函数值是否比旧目标函数值小，如果是，则将所述新解作为旧解，并将该新目标函数值作为旧目标函数值；步骤E：判断本次循环是否符合第一预设条件，如果是，则返回步骤C；如果否，则结束循环，并将步骤D中目标函数值较小的解作为当前局部最优解，根据当前局部最优解确定所述区域内未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位；所述区域共有n个节点，其中m个锚节点，n-m个未知节点，所述目标函数由CF表示，其中，Mi为未知节点i的邻居节点组合，为邻居节点i和j之间的实际距离，所述邻居节点之间的实际距离具体由如下步骤获得：获取邻居节点i和j之间的接近度，所述接近度是指邻居节点i和j之间的接近程度；根据邻居节点i和j之间的接近度与标准距离获得邻居节点i和j之间的估计距离，将所述估计距离作为邻居节点i和j之间的实际距离所述标准距离是指接近度为1的实际距离；所述为根据邻居节点i和j的估计坐标计算的邻居节点i和j之间的估计距离，和分别表示邻居节点i和j的估计坐标，所述邻居节点i和j的估计坐标为旧解中邻居节点i和j的坐标，如果邻居节点是锚节点，则其估计坐标为实际坐标；所述根据所述旧解生成一个新解具体为：其中，和分别表示未知节点在新、旧解中的估计坐标矩阵；矩阵A表示所述区域内所有锚节点的坐标；NA(n-m,m)矩阵表示未知节点和锚节点之间的真实邻居关系，如果未知节点i和锚节点s是邻居节点，则对应的nais值为1，否则为0；其余参数矩阵N1(n-m,n-m)、N2(n-m,n-m)、D1(n-m,n-m)、D2(n-m,n-m)和D3(n-m,m)的计算方法如下：其中，nuij是指未知节点i与未知节点j之间的邻居关系；是指邻居节点i和j之间的实际距离，是指根据当前未知节点i的估计坐标和未知节点j估计坐标计算的估计距离；是指未知节点i和锚节点s之间的实际距离，是指根据当前未知节点i的估计坐标和锚节点s估计坐标计算的估计距离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设条件具体为：累积到本次的循环次数小于预设第一最大循环次数；或，所述步骤C生成的新目标函数值大于预设第一最小目标函数值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述邻居节点i和j之间的接近度具体由NDRij或NDRji表示，其中，Nij表示邻居节点i和j共有邻居节点个数,Ni是节点i的邻居节点个数，Nj是节点j的邻居节点个数，σ是修正参数；所述标准距离具体由λNDR表示，其中，为所述区域内任意两个锚节点之间的实际距离之和，是所述区域内任意两个锚节点之间的最短接近度之和；由所述邻居节点i和j之间的接近度与标准距离获得邻居节点i和j之间的估计距离，并将所述估计距离作为邻居节点i和j之间的实际距离具体为：4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：判断本轮生成的当前局部最优解对应的目标函数值是否小于上一轮确定的局部最优解对应的目标函数值，如果是，则将当前局部最优解作为本轮确定的局部最优解；如果否，则将上一轮确定的局部最优解作为本轮确定的局部最优解；判断本轮循环是否符合第二预设条件，如果是，则返回步骤A；如果否，则结束循环，并根据最后确定的局部最优解获得各个未知节点的坐标，以实现无线传感器网络定位；其中，所述第二预设条件具体为：累积到本轮的循环次数小于预设第二最大循环次数；或，所述本轮确定的局部最优解对应的目标函数值大于预设的第二最小目标函数值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤E之后，所述方法还包括：判断是否有根据估计坐标获得的邻居关系和根据节点之间通信获得的真实邻居关系完全相同的未知节点，如果有，则将所有根据估计坐标获得的邻居关系和根据节点之间通信获得的真实邻居关系完全相同的未知节点升级为...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻英友，陈锡民，赵大哲，孟颖辉，陈剑，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：