專利名稱：基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡節(jié)點的定位方法，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的定位方法。
背景技術：
近年來，由于無線傳感技術、無線通信技術以及微電子技術的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng) 絡開始進入人們的視野并開始得到商用。無線傳感器網(wǎng)絡具有分布式處理帶來的監(jiān)測高 精度、高容錯性、大覆蓋區(qū)域、可遠程監(jiān)控等眾多優(yōu)點，成為近期國際上網(wǎng)絡研究的重 要熱點之一。傳感器網(wǎng)絡的大量應用都依賴于節(jié)點的位置信息，如戰(zhàn)場偵察、生態(tài)環(huán)境 監(jiān)測、地震洪水火災等現(xiàn)場的監(jiān)控等應用中，都需要知道傳感節(jié)點的位置信息，從而獲 知信息來源的準確位置。此外，節(jié)點的位置信息還可以協(xié)助路由、構建網(wǎng)絡拓撲圖、實 時統(tǒng)計網(wǎng)絡覆蓋情況等等。
因此，傳感器節(jié)點的精確定位對各種應用有著重要的作用。目前已有了很多的定位 系統(tǒng)和方法，主要分為基于距離的定位方法和距離無關的定位方法。前者需要測量相鄰 節(jié)點間的絕對距離或方位，并利用節(jié)點間的實際距離來計算未知節(jié)點間的位置，故對節(jié) 點的硬件要求很高，相對的定位過程中消耗的能量也多；后者無需測量節(jié)點間的絕對距 離或方位，而是利用節(jié)點間的估計距離計算節(jié)點位置，故對節(jié)點的要求低，使得節(jié)點成 本更適合于大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡，但是己有的無需測距的定位方法的定位精度較低。另外， 傳感器節(jié)點是采用電池供電，其電能不僅十分有限，而且不能補充，因此低能耗的節(jié)點 定位也是非常必要。而且，無線傳感器網(wǎng)絡一般應用在人無法到達或者是比較危險的區(qū) 域，因此定位方法還應該適用于這種惡劣的環(huán)境中。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方 法，該方法克服了現(xiàn)有測距無關定位技術中測量精度低的缺陷，還能夠在節(jié)點定位過程 中節(jié)省能量，克服了現(xiàn)有技術中傳感器節(jié)點采用電池供電，電能不僅十分有限，而且不
能補充的缺陷。
為達到上述技術目的，本發(fā)明采用的技術方案是，所述無線傳感器網(wǎng)絡包括一按 無線通信范圍增量可以變化的、位于監(jiān)測區(qū)域內的移動錨節(jié)點；所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié) 點定位方法采用分層定位的方法，預先設定無線傳感器網(wǎng)絡共分為n層，n為自然數(shù)， 且n大于或等于2;所述網(wǎng)絡節(jié)點處于第k層，k為自然數(shù)，且k的初始值為l，所述分 層定位方法包括如下步驟-
步驟l:所述移動錨節(jié)點以速度v在監(jiān)測區(qū)域內沿直線移動，同時所述移動錨節(jié)點
每隔時間t發(fā)送所述信標信息給第一層的網(wǎng)絡節(jié)點；其中V二Z〃， Z是信標信息間隔距
離；所述移動錨節(jié)點發(fā)射的信標信息的參數(shù)為(M(x,，力,77,i;,1^),其中M(x,，力代表所
述移動錨節(jié)點在7V時間發(fā)射所述信標信息時的位置坐標，77代表所述網(wǎng)絡節(jié)點接收到所
述信標信息的時間，K代表所述移動錨節(jié)點發(fā)射給/t層的所述信標信息發(fā)射范圍，《—,代
表所述移動錨節(jié)點在前一層發(fā)送的所述信標信息發(fā)射范圍；
步驟2:第k層的網(wǎng)絡節(jié)點接收所述移動錨節(jié)點發(fā)送的所述信標信息，并將接收到
的所述信標信息和接收信標信息的時間存儲在所述存儲單元中；即所述存儲單元存儲的 信息為(M0c,，力,77 + ^),乙U， ,O是預定義的，W不小于所述移動錨節(jié)點發(fā)送信息的
間隔時間"且W還應該小于二倍的/ (rO = aU^a^2);
步驟3:對第k層的網(wǎng)絡節(jié)點進行定位；
步驟4:第k層的網(wǎng)絡節(jié)點完成定位后，判斷k是否大于層數(shù)n，如果k不大于層 數(shù)n，則執(zhí)行步驟5;
步驟5:由所述移動錨節(jié)點判斷k是否等于l，如果k不等于l，則執(zhí)行步驟6;如
果k等于l，貝化—,0;然后執(zhí)行步驟6;
步驟6:所述移動錨節(jié)點無線通信范圍增加《，《是無線通信范圍增量；將k的值
加l;然后執(zhí)行步驟l。
優(yōu)選的，步驟3中所述的對網(wǎng)絡節(jié)點進行定位的方法為
步驟3h由所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點判斷是否接收到所述信標信息，如果接收到了所述 信標信息，則執(zhí)行步驟32,否則，繼續(xù)判斷所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點是否接收過所述信標信
息，如果沒有接收過所述信標信息，繼續(xù)執(zhí)行步驟31，否則，判斷時間t是否小于7; +/0 ， 如果時間1:小于7;+/0，繼續(xù)執(zhí)行步驟31;否則執(zhí)行步驟33;
步驟32:由所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點判斷是否首次接收到所述信標信息，如果是，則將 所述信標信息作為首次接收的信標信息存儲，記為《，然后返回步驟31;如果不是，則
將所述信標信息作為最終接收的信標信息儲存，記為A，然后返回步驟31;所述信標
信息B,和A的內容分別包含兩點的位置信息M((JT,，0),77 + W，i;,i;—,)和
M((z7,o)，r/+ o,};，i;—山
步驟33:定位所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的位置，定位所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的橫坐標X^和 所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的縱坐標R;如果所述信標信息大于l，則
J& = (Z,+X》/2 ① R《+匸》/2 ②
如果所述信標信息等于l，則
優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟3后，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進入休眠狀態(tài)，所述無線傳感 器網(wǎng)絡節(jié)點的休眠時間為7;^他，假設監(jiān)測區(qū)域為矩形區(qū)域，所述矩形區(qū)域的長為/，
寬為6，所述移動錨節(jié)點的移動速度為v、錨節(jié)點無線通信范圍的增量為&、以及所述
移動錨節(jié)點從定位開始到當前時間已經(jīng)走過的距離為c/w,.。We ，可以得到所述無線傳感器
網(wǎng)絡節(jié)點休眠時長為
V~ V
在所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠時間內，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點不接收所述信標 《曰息。
優(yōu)選的，所述移動錨節(jié)點的移動軌跡是一維的沿著監(jiān)測區(qū)域一邊的一條直線。 優(yōu)選的，該方法適用于二維空間。 優(yōu)選的，該方法適用于三維空間。
優(yōu)選的，所述移動錨節(jié)點安裝有全球定位系統(tǒng)(global positioning system GPS) 接收裝置。
由于本發(fā)明借助一個移動錨節(jié)點來對無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行定位，無需利用無線 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的估計距離來計算無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的位置，每個節(jié)點定位時都沒有 累積誤差，所以提高了計算精度；
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，由于計算了所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的休眠時間， 在該休眠時間內，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點不接收信息，只計算無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的 位置，而且，各個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點只用接收信息來定位自身而不用發(fā)送信息來協(xié)助 其他的節(jié)點進行定位，發(fā)送信息消耗的能量比接收信息要多得多，而且發(fā)送越遠消耗能 量越多，所以本發(fā)明可以大量減低能耗。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，移動錨節(jié)點的移動軌跡是一維的沿著監(jiān)測區(qū)域一邊 的一條直線，這樣所述移動錨節(jié)點移動軌跡簡單易于實現(xiàn)，而且也可以安全的實現(xiàn)對危 險或敵對區(qū)域的網(wǎng)絡節(jié)點的定位。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，由于只有單個移動錨節(jié)點安裝有全球定位系統(tǒng) (global positioning system GPS)接收裝置，其它傳感器節(jié)點無需安裝GPS接收裝 置或其它額外的硬件，這樣可以節(jié)省整個系統(tǒng)得成本，使得無線傳感器網(wǎng)絡適用于大型 監(jiān)測區(qū)域。


圖1是本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡結構圖；其中a是移動錨節(jié)點；b是網(wǎng)絡節(jié)點；c 是移動錨節(jié)點移動軌跡；d是虛擬分層線；
圖2是本發(fā)明提供的的基于單錨節(jié)點低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位的靜態(tài)示意 圖；其中a是錨節(jié)點；b是網(wǎng)絡節(jié)點；C是錨節(jié)點移動軌跡；d是虛擬分層線； 圖3是監(jiān)測區(qū)域中小部分節(jié)點定位動態(tài)示意圖4是一個具體的傳感器節(jié)點S的定位示意圖5是本發(fā)明提供的分層定位方法流程圖； 圖6是傳感器節(jié)點計算自身位置的流程圖； 圖7是本發(fā)明定位方法模擬仿真定位結果示意圖8是使用本發(fā)明提供的預測喚醒時間休眠方式和周期喚醒休眠能量消耗比較圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法，該方法 采用單錨節(jié)點協(xié)助的方法對監(jiān)測區(qū)域中的網(wǎng)絡節(jié)點進行定位，錨節(jié)點移動軌跡為沿著X
軸的一條直線。本發(fā)明還適用于敵對區(qū)域中，而且對整個系統(tǒng)成本要求也是很低的。為 了節(jié)省節(jié)點在定位過程中的能耗，本發(fā)明還提出了預測喚醒時間的節(jié)點休眠/喚醒方式， 該方式使得節(jié)點在定位期間的能量消耗降低很多。
無線傳感器網(wǎng)絡現(xiàn)在己經(jīng)是網(wǎng)絡中的一個熱點而且在越來越多的領域得到應用，尤 其是在有很多局限性的敵對環(huán)境中，本發(fā)明中就是考慮敵對的環(huán)境(比如戰(zhàn)場)下節(jié)點 的定位。在這種惡劣的環(huán)境中，由于傳感器節(jié)點可能被毀壞，所以它們的壽命可能很短 暫。為了節(jié)約系統(tǒng)的成本，在監(jiān)測區(qū)域是不應布置昂貴的傳感器。因此我們提出的方法 要求第一，定位方法應該是無需測距的。第二，錨節(jié)點必須布置在邊緣的安全區(qū)域。 第三，錨節(jié)點的數(shù)量應該是最少的。第四，為了避免傳感器節(jié)點被發(fā)現(xiàn)，因此節(jié)點的物 理尺寸應該很小。最后，為了節(jié)省能量，每個傳感器節(jié)點的無線信號范圍是有限的。該 定位方法就是在以上敘述的限制下提出的。本發(fā)明中應用了一個移動的錨節(jié)點，錨節(jié)點 是沿著一邊移動，而且，節(jié)點位置計算公式簡單，定位期間需要儲存空間很小。
如圖1所示，無線傳感器網(wǎng)絡結構包括移動錨節(jié)點a和網(wǎng)絡節(jié)點b，移動錨節(jié)點a 的移動軌跡為c， d是虛擬分層線。如圖2所示，為基于單錨節(jié)點傳感器節(jié)點定位的靜 態(tài)示意圖，a是移動錨節(jié)點，b是網(wǎng)絡節(jié)點，c是移動錨節(jié)點移動軌跡，d是虛擬分層線。 如圖3所示，為監(jiān)測區(qū)域中小部分節(jié)點定位動態(tài)示意圖；如圖4所示，為一個具體的無 線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點S的定位示意圖。
本發(fā)明的原理基礎為，由于在等腰三角形中，底邊的垂直平分線過頂點，本發(fā)明應 用以上幾何方法對傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的橫坐標進行定位。假定等腰三角形底邊所在直線是 水平的，如果已知底邊上兩點的橫坐標位置信息，那么該等腰三角形頂點的橫坐標就是 底邊兩點橫坐標的平均值。網(wǎng)絡節(jié)點縱坐標的確定是通過分層定位的方法來實現(xiàn)的。傳 感器網(wǎng)絡節(jié)點橫坐標的確定是通過接收到的信標信息來確定，因為大部分的傳感器只能 收到移動錨節(jié)點發(fā)給自己所在層的信息，如果一個節(jié)點收到信息就可以確定自己所在的 層，根據(jù)分層信息來確定縱坐標，但是有的節(jié)點可能收到的是錨節(jié)點發(fā)送給較高層的信
息，這樣有可能增加節(jié)點在縱坐標的方向上的定位誤差，為了改善這一情況，需要將錨 節(jié)點發(fā)射信標信息間隔距離進行適當調整。下面詳細地敘述錨節(jié)點發(fā)射信標信息間隔距 離以及錨節(jié)點無線通信范圍與橫、縱坐標定位誤差的關系，而且給出了如果要達到某一
精度，這兩個值應該如何選取的證明過程。無線通信范圍增量&需要錨節(jié)點在每走完一
次全程，發(fā)射信號的覆蓋范圍呈梯度的增長一次來達到分層的目的，無線通信范圍增量 就是每走完一次全程后，錨節(jié)點的無線通信范圍的增加量。錨節(jié)點無線通信范圍增量以 及信標信息間隔距離由以下定理確定在所述定位方法中，如果系統(tǒng)坐標定位誤差要求 不大于"，則錨節(jié)點無線通信范圍增量《(《>0)和信標信息間隔距離丄(D0)應
滿足以下條件當^<《<2"時，丄^^;當0^(5,S^時，￡^2"。
<formula>formula see original document page 10</formula>
從幾何學的方法可知，每個網(wǎng)絡節(jié)點僅需要第一次接收的信標信息和最后一次接收
的信標信息兩個信標節(jié)點信息來計算節(jié)點的位置。圖4中，假如某個傳感器網(wǎng)絡節(jié)點S所 選的信標節(jié)點為第一次接收到的信息5,和最后一次接收信息& ，它們信息內容中包含
兩點的位置信息(x,，o)和(j^.,0)，以及信標節(jié)點信息發(fā)射范圍i;和前一層錨節(jié)點發(fā)送的 信標節(jié)點信息發(fā)射范圍K—,。
現(xiàn)有的節(jié)能策略中主要有休眠機制、數(shù)據(jù)融合等等。休眠機制的主要思想是，當節(jié) 點周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時，計算與通信模塊處于空閑狀態(tài)，或者把這些組件關掉 或調到更低能耗的狀態(tài)，即休眠狀態(tài)，該機制對于延長傳感器節(jié)點的生存周期非常的重 要，大部分的休眠機制是周期的進行休眠。在該定位方法中，如果采用周期性的休眠/ 喚醒方式，處于較低梯度的節(jié)點會周期性的被喚醒，在喚醒狀態(tài)和休眠狀態(tài)之間不斷的 轉換，而且還會多次的接收發(fā)給較高梯度節(jié)點的信息，這樣就會浪費大量的能量，為了 改變這種情況，在本發(fā)明中提出了預測喚醒時間的概念，這樣就解決了上述存在的問題， 節(jié)省了節(jié)點能量。在本發(fā)明定位過程中，并不需要傳感器網(wǎng)絡節(jié)點周期的進行休眠狀態(tài) 與工作狀態(tài)的轉換，而是當該網(wǎng)絡節(jié)點進行定位時，傳感器網(wǎng)絡節(jié)點處于偵聽狀態(tài)，當 網(wǎng)絡節(jié)點定位完成，則該網(wǎng)絡節(jié)點處于休眠狀態(tài)直到所有的節(jié)點定位結束。所謂"預測 喚醒時間"就是指當傳感器網(wǎng)絡節(jié)點已定位自身后，自動將接收信號天線和計算模塊斷 開，這樣傳感器節(jié)點就不會再接收信號，當預測的喚醒時間到達(也就是休眠時間耗盡 后)，節(jié)點被喚醒，自動的將天線等開關合上，傳感器節(jié)點由休眠狀態(tài)轉換為偵聽狀態(tài)，這樣減少了能量的消耗。傳感器節(jié)點休眠時間主要是通過錨節(jié)點來計算的。錨節(jié)點的速 度已知，監(jiān)測區(qū)域的長寬也可以確定的，這樣錨節(jié)點就可以計算出總的定位時間，則某 個節(jié)點休眠時間等于總定位時間減去錨節(jié)點已用去的定位時間。該時間也要發(fā)射給未知 網(wǎng)絡節(jié)點，未知網(wǎng)絡節(jié)點將最后一次收到的信息中休眠時長作為自己的休眠時間。該方 法可以使網(wǎng)絡節(jié)點節(jié)約大量的能量，圖8是使用預測喚醒時間休眠方式和周期喚醒休眠 能量消耗比較，從圖中可以了解到該方法使節(jié)點在定位期間節(jié)約了大量能量。
發(fā)明中可以通過調節(jié)錨節(jié)點的兩個參數(shù)(錨節(jié)點發(fā)射信標信息間隔距離、通信范圍 增量)來適當?shù)恼{節(jié)定位誤差，也就是定位誤差可以根據(jù)不同系統(tǒng)中不同的需要而進行 改變。但是也不能無限制的減小定位誤差，因為還要考慮節(jié)點能量消耗的問題。
無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法采用分層定位的方法，如圖5所示，預先設定無線傳 感器網(wǎng)絡共分為n層，n為自然數(shù)，且n大于或等于2;所述網(wǎng)絡節(jié)點處于第k層，k 初始值為1，所述分層定位方法包括如下步驟
步驟l:移動錨節(jié)點以速度V在監(jiān)測區(qū)域內沿直線移動，如圖3所示，移動錨節(jié)點從0 移動到O'，同時所述移動錨節(jié)點每隔時間t發(fā)送所述信標信息給第一層的網(wǎng)絡節(jié)點；其 中^ =丄〃，丄是信標信息間隔距離；信標信息間隔距離￡在本發(fā)明方法中，錨節(jié)點沿著 一條水平直線移動并間或發(fā)射信標信息給未知節(jié)點，信標信息間隔距離就是移動錨節(jié)點
發(fā)射信標信息時的間隔距離。所述錨節(jié)點移動速度v是根據(jù)各個網(wǎng)絡中定位時間來確定
的，當需要節(jié)點快速定位時，則選擇較大的錨節(jié)點移動速度即可，錨節(jié)點的速度可選擇
10m/s-—50m/s。所述移動錨節(jié)點發(fā)射的信標信息的參數(shù)為(MCr,,;;),"',}^!^)，其中 M0c,，力代表所述移動錨節(jié)點在77時間發(fā)射所述信標信息時的位置坐標，T7代表所述網(wǎng) 絡節(jié)點接收到所述信標信息的時間，K代表所述移動錨節(jié)點發(fā)射給/t層的所述信標信息
發(fā)射范圍，,代表所述移動錨節(jié)點在前一層發(fā)送的所述信標信息發(fā)射范圍；
步驟2:第k層的網(wǎng)絡節(jié)點接收所述移動錨節(jié)點發(fā)送的所述信標信息，并將接收到 的所述信標信息和接收信標信息的時間存儲在所述存儲單元中；即所述存儲單元存儲的 信息為(M(《,力,77 + K),i;,rn)， /0是預定義的，^不小于所述移動錨節(jié)點發(fā)送信息的
間隔時間"且rO還應該小于二倍的f (K) = crf，l^aS2); 步驟3:對第k層的網(wǎng)絡節(jié)點進行定位；
步驟4:第k層的網(wǎng)絡節(jié)點完成定位后，由所述移動錨節(jié)點判斷k是否大于層數(shù)n，
如果k不大于層數(shù)n，則執(zhí)行步驟5;
步驟5:由所述移動錨節(jié)點判斷k是否等于l，如果k不等于l，則執(zhí)行步驟6;如 果k等于l，則1L嚴0;然后執(zhí)行步驟6;
步驟6:所述移動錨節(jié)點無線通信范圍增加《(《是無線通信范圍增量)；將k的
值加l;然后執(zhí)行步驟l。
對網(wǎng)絡節(jié)點進行定位的方法為
步驟3h由所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點判斷是否接收到所述信標信息，如果接收到了所述 信標信息，則執(zhí)行步驟32，否則，繼續(xù)判斷所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點是否接收過所述信標信
息，如果沒有接收過所述信標信息，繼續(xù)執(zhí)行步驟31，否則，判斷時間t是否小于7; ， 如果時間1小于7;+/0，繼續(xù)執(zhí)行步驟31;否則執(zhí)行步驟33;
步驟32:由所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點判斷是否首次接收到所述信標信息，如果是，則將 所述信標信息作為首次接收的信標信息存儲，記為B,，然后返回步驟31;如果不是，則
將所述信標信息作為最終接收的信標信息儲存，記為A，然后返回步驟31;所述信標
信息A.和&的內容分別包含兩點的位置信息M((義,，0)，77 + K),i;，i;—,)和
步驟33:定位所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的位置，定位所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的橫坐標;&和
所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的縱坐標R;如果所述信標信息大于l，則
X^(義,+^)/2 ① ft-(《+D/2 ②
如果所述信標信息等于l，則 Zs=%, ③
為了節(jié)省能量，當無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點完成自身的定位后，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進
入休眠狀態(tài)，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的休眠時間為r^。^，假設監(jiān)測區(qū)域為矩形區(qū)域， 所述矩形區(qū)域的長為/，寬為"所述移動錨節(jié)點的移動速度為v、錨節(jié)點無線通信范圍
的增量為《、以及所述移動錨節(jié)點從定位開始到當前時間已經(jīng)走過的距離為^^^，可
以得到所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠時長為
1義
^^^;"觀,。we是錨節(jié)點已經(jīng)移動距離的變量，因此，節(jié)點休眠時間7^遜
的值在錨節(jié)點的每次發(fā)射信號時都不同。大部分的節(jié)點接收的信息次數(shù)都是不少于兩次 的，因此它們將最后一次接收到的信息中的信息作為自己休眠時長。
在所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠時間內，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點不接收所述信標
"[曰息。
如圖7所示，在綜合考慮節(jié)點能量消耗和定位誤差的情況下，模擬仿真結果表明， 該方法的定位誤差小于等于0. 7m.與現(xiàn)有距離無關的質心(Centroid)算法和距離向量-跳段(distance vector-h叩DV-hop)算法比較，本發(fā)明在定位誤差，定位時間等方面 都存在優(yōu)勢。
該方法適用于二維空間，也適用于三維空間。移動錨節(jié)點安裝有全球定位系統(tǒng) (global positioning system GPS)接收裝置。
權利要求
1、一種基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡包括一按無線通信范圍增量可以變化的、位于監(jiān)測區(qū)域內的移動錨節(jié)點；所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法采用分層定位的方法，預先設定無線傳感器網(wǎng)絡共分為n層，n為自然數(shù)，且n大于或等于2；所述網(wǎng)絡節(jié)點處于第k層，k為自然數(shù)，且k的初始值為1，所述分層定位方法包括如下步驟步驟1所述移動錨節(jié)點以速度v在監(jiān)測區(qū)域內沿直線移動，同時所述移動錨節(jié)點每隔時間t發(fā)送所述信標信息給第一層的網(wǎng)絡節(jié)點；其中v＝L/t，L是信標信息間隔距離；所述移動錨節(jié)點發(fā)射的信標信息的參數(shù)為(M(xi，y)，Ti，Yk，Yk-1)，其中M(xi，y)代表所述移動錨節(jié)點在Ti時間發(fā)射所述信標信息時的位置坐標，Ti代表所述網(wǎng)絡節(jié)點接收到所述信標信息的時間，Yk代表所述移動錨節(jié)點發(fā)射給k層的所述信標信息發(fā)射范圍，Yk-1代表所述移動錨節(jié)點在前一層發(fā)送的所述信標信息發(fā)射范圍；步驟2第k層的網(wǎng)絡節(jié)點接收所述移動錨節(jié)點發(fā)送的所述信標信息，并將接收到的所述信標信息和接收信標信息的時間存儲在所述存儲單元中；即所述存儲單元存儲的信息為(M(xi，y)，Ti+t0，Yk，Yk-1)，t0是預定義的，t0不小于所述移動錨節(jié)點發(fā)送信息的間隔時間t，且t0還應該小于二倍的t(t0＝αt，1≤α≤2)；步驟3對第k層的網(wǎng)絡節(jié)點進行定位；步驟4第k層的網(wǎng)絡節(jié)點完成定位后，判斷k是否大于層數(shù)n，如果k不大于層數(shù)n，則執(zhí)行步驟5；步驟5由所述移動錨節(jié)點判斷k是否等于1，如果k不等于1，則執(zhí)行步驟6；如果k等于1，則Yk-1＝0；然后執(zhí)行步驟6；步驟6所述移動錨節(jié)點無線通信范圍增加δr，δr是無線通信范圍增量；將k的值加1；然后執(zhí)行步驟1。
2、 如權利要求1所述的基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法， 其特征在于，步驟3中所述的對網(wǎng)絡節(jié)點進行定位的方法為步驟31:由所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點判斷是否接收到所述信標信息，如果接收到了所述信標信息，則執(zhí)行步驟32，否則，繼續(xù)判斷所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點是否接收過所述信標信息，如果沒有接收過所述信標信息，繼續(xù)執(zhí)行步驟31 ，否則，判斷時間t是否小于；+f0 ， 如果時間t小于7;+f0，繼續(xù)執(zhí)行步驟31;否則執(zhí)行步驟33;步驟32:由所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點判斷是否首次接收到所述信標信息，如果是，則將 所述信標信息作為首次接收的信標信息存儲，記為a,然后返回步驟31;如果不是，則將所述信標信息作為最終接收的信標信息儲存，記為a，然后返回步驟31;所述信標信息a和a的內容分別包含兩點的位置信息M((《,o),n+ro,《,j^)和 M((z"o),"+,o,:rt,};—山步驟33:定位所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的位置，定位所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的橫坐標Z^和所述傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的縱坐標^;如果所述信標信息大于l，<formula>formula see original document page 3</formula> ①B<formula>formula see original document page 3</formula> ②如果所述信標信息等于l，則③<formula>formula see original document page 3</formula>。
3、如權利要求l所述的基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法，其 特征在于，在執(zhí)行步驟3后，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進入休眠狀態(tài)，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的休眠時間為7^,，假設監(jiān)測區(qū)域為矩形區(qū)域，所述矩形區(qū)域的長為/，寬為"所述移動錨節(jié)點的移動速度為v、錨節(jié)點無線通信范圍的增量為&、以及所述移動錨節(jié)點從定位開始到當前時間已經(jīng)走過的距離為《m,.。^ ，可以得到所述無線傳感器網(wǎng) 絡節(jié)點休眠時長為二化 《ar勵,g .在所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠時間內，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點不接收所述信標信息o3、如權利要求l所述的基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法，其特征在于，所述移動錨節(jié)點的移動軌跡是一維的沿著監(jiān)測區(qū)域一邊的一條直線。
4、 如權利要求1或3所述的基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法， 其特征在于，該方法適用于二維空間。
5、 如權利要求1或3所述的基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法， 其特征在于，該方法適用于三維空間。
6、 如權利要求1或2所述的基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法， 其特征在于，所述移動錨節(jié)點安裝有全球定位系統(tǒng)(global positioning system GPS) 接收裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供的基于單錨節(jié)點的低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡包括一按無線通信范圍增量可以變化的、位于監(jiān)測區(qū)域內的移動錨節(jié)點；所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法采用分層定位的方法，預先設定無線傳感器網(wǎng)絡共分為n層，n為自然數(shù)，且n大于或等于2；所述網(wǎng)絡節(jié)點處于第k層，k為自然數(shù)，且k的初始值為1，所述分層定位方法包括如下步驟步驟1所述移動錨節(jié)點以速度v在監(jiān)測區(qū)域內沿直線移動，同時所述移動錨節(jié)點每隔時間t發(fā)送所述信標信息給第一層的網(wǎng)絡節(jié)點；本發(fā)明不僅提高了計算精度，而且大量減低了能耗。
文檔編號H04W64/00GK101179846SQ20071002516
公開日2008年5月14日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權日2007年7月13日
發(fā)明者張榮標, 張莉莉 申請人:江蘇大學