專利名稱：基于三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)中，節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)必須結(jié)合它們的被測(cè)量位置才有意義，而WSN得工作區(qū)域通常是人類不適合進(jìn)入的區(qū)域或者是敵對(duì)區(qū)域。所以WSN要在這些特殊區(qū)域中應(yīng)用，必須做到以最小的通信開銷和硬件代價(jià)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)定位。傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和基于位置的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究都有重要意義。現(xiàn)有定位方法大多數(shù)針對(duì)平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位，而現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)往往分布在三維空間中，三維空間定位復(fù)雜度較二維更高，研究三維空間定位會(huì)更加符合實(shí)際節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用情況，分布式低計(jì)算復(fù)雜度的三維定位方法較二維方法將更有實(shí)用性和發(fā)展?jié)摿Α?br> 在bounding cube定位方法中，根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)鄰居已知節(jié)點(diǎn)的通信范圍，確定出包含有未知節(jié)點(diǎn)的限定立方體，然后用立方體的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。該方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、計(jì)算量小的特點(diǎn)，但是該方法缺點(diǎn)是對(duì)節(jié)點(diǎn)密度和通信半徑有一定的要求，且方法對(duì)通信范圍本身采取一定的近似處理，容易造成定位誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的不足，提出基于三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法。本發(fā)明的原理是利用錨節(jié)點(diǎn)先向周圍未知節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，確定自己通信半徑內(nèi)的未知節(jié)點(diǎn)編號(hào)，以該錨節(jié)點(diǎn)為球心，分別以該錨節(jié)點(diǎn)到附近未知節(jié)點(diǎn)之間的距離為半徑畫球，接著將半徑按照一定的規(guī)則增加一個(gè)數(shù)值，待定位的未知節(jié)點(diǎn)必然位于球內(nèi)。以不同的錨節(jié)點(diǎn)做球心，找到一系列包含待定位的未知節(jié)點(diǎn)的球，則任意一個(gè)待定位未知節(jié)點(diǎn)被同時(shí)包含在不同的球內(nèi)，取這些球的交集作為待定位未知節(jié)點(diǎn)最可能存在的最小區(qū)域，取這個(gè)小區(qū)域的重心坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種基于三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于包括以下步驟
步驟1、提取位置信息，錨節(jié)點(diǎn)以功率P向周圍未知節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，未知節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)聽到附近錨節(jié)點(diǎn)的位置信息，記錄這些錨節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，利用信號(hào)強(qiáng)度分別計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的距離，將所求的距離值作為以該錨節(jié)點(diǎn)為球心的初始球半徑，并將這類球命名為點(diǎn)錨球；
步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點(diǎn)包含于該球內(nèi)，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點(diǎn)做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點(diǎn)的域錨球； 步驟3、將空間中所有錨節(jié)點(diǎn)、該未知節(jié)點(diǎn)及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影； 步驟4、求出包含該未知節(jié)點(diǎn)的相交圓區(qū)域； 步驟5、求出這個(gè)相交圓區(qū)域的重心坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)估算坐標(biāo)。前述的一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟3中，將所投影的平面劃分成許多大小相同的小正方形，取小正方形的中心點(diǎn)作為這個(gè)小正方形的標(biāo)記點(diǎn)，這個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)即代表了這個(gè)小正方形的近似坐標(biāo)；
前述的一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟 4中，針對(duì)該未知節(jié)點(diǎn)，計(jì)算各標(biāo)記點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離，判斷各標(biāo)記點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離是否小于該錨節(jié)點(diǎn)的域錨球半徑，如果小于，記為掃描次數(shù)增1，最后，認(rèn)為被掃描次數(shù)最多的標(biāo)記點(diǎn)位于相交圓區(qū)域內(nèi)，同時(shí)記錄下該標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)值Xi，Yi。前述的一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟5中，統(tǒng)計(jì)該相交圓區(qū)域中標(biāo)記點(diǎn)的個(gè)數(shù)N，然后求出標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)的均值，作為該未知
權(quán)利要求
1.一種基于三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、提取位置信息，錨節(jié)點(diǎn)以功率P向周圍未知節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，未知節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)聽到附近錨節(jié)點(diǎn)的位置信息，記錄這些錨節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，利用信號(hào)強(qiáng)度分別計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的距離，將所求的距離值作為以該錨節(jié)點(diǎn)為球心的初始球半徑，并將這類球命名為點(diǎn)錨球；步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點(diǎn)包含于該球內(nèi)，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點(diǎn)做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點(diǎn)的域錨球；步驟3、將空間中所有錨節(jié)點(diǎn)、該未知節(jié)點(diǎn)及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影；步驟4、求出包含該未知節(jié)點(diǎn)的相交圓區(qū)域；步驟5、求出這個(gè)相交圓區(qū)域的重心坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)估算坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟3中，將所投影的平面劃分成許多大小相同的小正方形，取小正方形的中心點(diǎn)作為這個(gè)小正方形的標(biāo)記點(diǎn)，這個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)即代表了這個(gè)小正方形的近似坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟4中，針對(duì)該未知節(jié)點(diǎn)，計(jì)算各標(biāo)記點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離，判斷各標(biāo)記點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離是否小于該錨節(jié)點(diǎn)的域錨球半徑，如果小于，記為掃描次數(shù)增1，最后，認(rèn)為被掃描次數(shù)最多的標(biāo)記點(diǎn)位于相交圓區(qū)域內(nèi)，同時(shí)記錄下該標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)值Xi，Yi。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟5中，統(tǒng)計(jì)該相交圓區(qū)域中標(biāo)記點(diǎn)的個(gè)數(shù)N，然后求出標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)的均值，作為該未知節(jié)點(diǎn)X，Y坐標(biāo)的估算值，即
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的任意一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟2中，采用初始球半徑靜態(tài)增徑法，即 R=r+d其中，R為域錨球半徑，r為點(diǎn)錨球半徑，d為固定值，d值可由人為設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的任意一種三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于在步驟2中，采用初始球半徑動(dòng)態(tài)增徑法，即
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三維空間錨球交域重心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、提取位置信息，步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點(diǎn)包含于該球內(nèi)，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點(diǎn)做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點(diǎn)的域錨球；步驟3、將空間中所有錨節(jié)點(diǎn)、該未知節(jié)點(diǎn)及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影；步驟4、求出包含該未知節(jié)點(diǎn)的相交圓區(qū)域；步驟5、求出這個(gè)相交圓區(qū)域的重心坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)估算坐標(biāo)。本發(fā)明將三維空間定位問(wèn)題轉(zhuǎn)換為二維平面的定位，簡(jiǎn)化了方法的復(fù)雜度，同時(shí)降低了方法的計(jì)算量，在傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限的情況下能取得很好的效果。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102378361SQ201110083309
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉宴佳, 夏心江, 張瑞, 江冰, 胡鋼 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)