一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，所述方法包括：A：在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)坐標(biāo)，將該坐標(biāo)作為該區(qū)域內(nèi)所有未知節(jié)點(diǎn)的初始估計(jì)坐標(biāo)，并將初始估計(jì)坐標(biāo)形成一個(gè)矩陣作為初始解；B：將初始解作為舊解，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)生成舊解對應(yīng)的舊目標(biāo)函數(shù)值；C：根據(jù)舊解生成一個(gè)新解，并生成新解對應(yīng)的新目標(biāo)函數(shù)值；D：比較新目標(biāo)函數(shù)值是否比舊目標(biāo)函數(shù)值小，如果是，則將新解作為舊解，并將該新目標(biāo)函數(shù)值作為舊目標(biāo)函數(shù)值；E：判斷本次循環(huán)是否符合第一預(yù)設(shè)條件，如果是，則返回C；如果否，則結(jié)束循環(huán)，并將D中目標(biāo)函數(shù)值較小的解作為當(dāng)前局部最優(yōu)解，根據(jù)當(dāng)前局部最優(yōu)解確定未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是用來監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域中各種環(huán)境的特性，比如溫度、濕度、光照、化學(xué)物質(zhì)濃度等，主要應(yīng)用于軍事偵察、交通路況監(jiān)測以及在醫(yī)療中對病人的跟蹤等場景，其中多數(shù)監(jiān)測信息需要附帶相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位置信息。了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置分布狀況不僅起到對目標(biāo)的定位和跟蹤作用，還可以提高路由效率，提供網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖耘渲谩Ｋ?，?shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)精準(zhǔn)定位成為WSN的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法有兩種，一種是基于測距的定位方法，另一種是基于非測距的節(jié)點(diǎn)定位方法。所謂基于測距的定位方法需要傳感器節(jié)點(diǎn)能夠測量節(jié)點(diǎn)之間的具體距離或角度信息，此種方法需要附加的硬件。所謂非測距節(jié)點(diǎn)定位法是指不直接對節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行測量，而是通過最短距離法獲得錨節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)，根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和跳數(shù)獲得每跳距離，然后再通過最短距離法獲得錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)，根據(jù)上述每跳距離和錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)得知錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的距離，最后利用未知節(jié)點(diǎn)到3個(gè)或3個(gè)以上錨節(jié)點(diǎn)之間的距離獲取未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。其中，所述錨節(jié)點(diǎn)是指可以自主獲取自身位置的節(jié)點(diǎn)；所述未知節(jié)點(diǎn)是指預(yù)先不知道自身位置、需要根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的位置信息得到估計(jì)位置信息的節(jié)點(diǎn)；所述跳數(shù)是指兩節(jié)點(diǎn)之間的跳段總數(shù)；所述每跳距離是指鄰居節(jié)點(diǎn)之間的距離。這種非測距節(jié)點(diǎn)的定位方法與基于測距的定位方法比較而言，不需要節(jié)點(diǎn)有附加的硬件來測量距離或角度信息，大大降低成本，而且受環(huán)境因素影響較小，非常適用于大型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0004]由于目前的基于非測距節(jié)點(diǎn)定位方法是通過最短距離法確定經(jīng)過未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑上的所有點(diǎn)，然后根據(jù)這些點(diǎn)之間的距離來定位錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)之間的距離，所以這種定位方法依賴于區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的密集程度，區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)越稀疏，對節(jié)點(diǎn)的定位越不準(zhǔn)確，尤其是在覆蓋空洞存在的情況下，未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的最短距離與實(shí)際距離往往相差較大，因而獲得的未知節(jié)點(diǎn)的位置信息也往往誤差較大，從而導(dǎo)致未知節(jié)點(diǎn)位置信息估計(jì)不準(zhǔn)確，降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置，提高無線傳感器網(wǎng)路的定位精度。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，所述方法包括:
[0007]步驟A:在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)坐標(biāo)，將該坐標(biāo)作為該區(qū)域內(nèi)所有未知節(jié)點(diǎn)的初始估計(jì)坐標(biāo)，將所述所有未知節(jié)點(diǎn)的初始估計(jì)坐標(biāo)形成一個(gè)矩陣作為初始解；
[0008]步驟B:將所述初始解作為舊解，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)生成舊解對應(yīng)的舊目標(biāo)函數(shù)值；[0009]步驟C:根據(jù)所述舊解生成一個(gè)新解，并根據(jù)目標(biāo)函數(shù)生成所述新解對應(yīng)的新目標(biāo)函數(shù)值；
[0010]步驟D:比較新目標(biāo)函數(shù)值是否比舊目標(biāo)函數(shù)值小，如果是，則將所述新解作為舊解，并將該新目標(biāo)函數(shù)值作為舊目標(biāo)函數(shù)值；
[0011]步驟E:判斷本次循環(huán)是否符合第一預(yù)設(shè)條件，如果是，則返回步驟C ;如果否，則結(jié)束循環(huán)，并將步驟D中目標(biāo)函數(shù)值較小的解作為當(dāng)前局部最優(yōu)解，根據(jù)當(dāng)前局部最優(yōu)解確定所述區(qū)域內(nèi)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位。
[0012]優(yōu)選的，所述第一預(yù)設(shè)條件具體為:
[0013]累積到本次的循環(huán)次數(shù)小于預(yù)設(shè)第一最大循環(huán)次數(shù)；或，
[0014]所述步驟C生成的新目標(biāo)函數(shù)值大于預(yù)設(shè)第一最小目標(biāo)函數(shù)值。
[0015]優(yōu)選的，所述區(qū)域共有η個(gè)節(jié)點(diǎn),其中m個(gè)錨節(jié)點(diǎn),n-m個(gè)未知節(jié)點(diǎn),所述目標(biāo)函數(shù)由CF表示，
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟A:在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)坐標(biāo)，將該坐標(biāo)作為該區(qū)域內(nèi)所有未知節(jié)點(diǎn)的初始估計(jì)坐標(biāo)，將所述所有未知節(jié)點(diǎn)的初始估計(jì)坐標(biāo)形成一個(gè)矩陣作為初始解； 步驟B:將所述初始解作為舊解，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)生成舊解對應(yīng)的舊目標(biāo)函數(shù)值； 步驟C:根據(jù)所述舊解生成一個(gè)新解，并根據(jù)目標(biāo)函數(shù)生成所述新解對應(yīng)的新目標(biāo)函數(shù)值； 步驟D:比較新目標(biāo)函數(shù)值是否比舊目標(biāo)函數(shù)值小，如果是，則將所述新解作為舊解，并將該新目標(biāo)函數(shù)值作為舊目標(biāo)函數(shù)值； 步驟E:判斷本次循環(huán)是否符合第一預(yù)設(shè)條件，如果是，則返回步驟C ;如果否，則結(jié)束循環(huán)，并將步驟D中目標(biāo)函數(shù)值較小的解作為當(dāng)前局部最優(yōu)解，根據(jù)當(dāng)前局部最優(yōu)解確定所述區(qū)域內(nèi)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)條件具體為: 累積到本次的循環(huán)次數(shù)小于預(yù)設(shè)第一最大循環(huán)次數(shù)；或， 所述步驟C生成的新目標(biāo)函數(shù)值大于預(yù)設(shè)第一最小目標(biāo)函數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述區(qū)域共有η個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中m個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，n-m個(gè)未知節(jié)點(diǎn),所述目標(biāo)函數(shù)由CF表示，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述鄰居節(jié)點(diǎn)i和j之間的接近度具體由NDRij或NDh表示，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述舊解生成一個(gè)新解具體為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 判斷本輪生成的當(dāng)前局部最優(yōu)解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值是否小于上一輪確定的局部最優(yōu)解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，如果是，則將當(dāng)前局部最優(yōu)解作為本輪確定的局部最優(yōu)解；如果否，則將上一輪確定的局部最優(yōu)解作為本輪確定的局部最優(yōu)解； 判斷本輪循環(huán)是否符合第二預(yù)設(shè)條件，如果是，則返回步驟A ;如果否，則結(jié)束循環(huán)，并根據(jù)最后確定的局部最優(yōu)解獲得各個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位； 其中，所述第二預(yù)設(shè)條件具體為: 累積到本輪的循環(huán)次數(shù)小于預(yù)設(shè)第二最大循環(huán)次數(shù)；或， 所述本輪確定的局部最優(yōu)解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值大于預(yù)設(shè)的第二最小目標(biāo)函數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟E之后，所述方法還包括: 判斷是否有根據(jù)估計(jì)坐標(biāo)獲得的鄰居關(guān)系和根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間通信獲得的真實(shí)鄰居關(guān)系完全相同的未知節(jié)點(diǎn)，如果有，則將所有符合上述條件的未知節(jié)點(diǎn)升級為錨節(jié)點(diǎn)，并將根據(jù)所述當(dāng)前局部最優(yōu)解確定的對應(yīng)的未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)坐標(biāo)作為升級后對應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，然后更新所述區(qū)域內(nèi)的未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)，返回步驟A ;如果沒有，則執(zhí)行步驟判斷本輪生成的當(dāng)前局部最優(yōu)解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值是否小于上一輪確定的局部最優(yōu)解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值； 和/或，` 在所述步驟A之前，所述方法還包括:測試無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是否連通，如果是，則進(jìn)行步驟A ;如果否，則發(fā)送網(wǎng)絡(luò)無法連通警告。
8.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位裝置，其特征在于，所述裝置包括:隨機(jī)坐標(biāo)生成單元、初始解形成單元、舊目標(biāo)函數(shù)值生成單元、新解生成單元、新目標(biāo)函數(shù)值生成單元、第一比較單元、第一判斷單元和未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)確定單元，其中， 所述隨機(jī)坐標(biāo)生成單元，用于在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)坐標(biāo)，將該坐標(biāo)作為該區(qū)域內(nèi)所有未知節(jié)點(diǎn)的初始估計(jì)坐標(biāo)； 所述初始解形成單元，用于將所述所有未知節(jié)點(diǎn)的初始估計(jì)坐標(biāo)形成一個(gè)矩陣作為初始解； 所述舊目標(biāo)函數(shù)值生成單元，用于將所述初始解作為舊解，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)生成舊解對應(yīng)的舊目標(biāo)函數(shù)值； 所述新解生成單元，用于根據(jù)所述舊解生成一個(gè)新解； 所述新目標(biāo)函數(shù)值生成單元，用于根據(jù)目標(biāo)函數(shù)生成所述新解對應(yīng)的新目標(biāo)函數(shù)值；所述第一比較單元，用于比較新目標(biāo)函數(shù)值是否比舊目標(biāo)函數(shù)值小，如果是，則將所述新解作為舊解，并將該新目標(biāo)函數(shù)值作為舊目標(biāo)函數(shù)值； 所述第一判斷單元，用于判斷本次循環(huán)是否符合第一預(yù)設(shè)條件，如果是，則激活新解生成單元；如果否，則激活未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)確定單元，并結(jié)束循環(huán)； 所述未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)確定單元，用于將第一比較單元中目標(biāo)函數(shù)值較小的解作為當(dāng)前局部最優(yōu)解，根據(jù)當(dāng)前局部最優(yōu)解確定所述區(qū)域內(nèi)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括:第二判斷單元和第三判斷單元，其中， 所述第二判斷單元，用于判斷本輪生成的當(dāng)前局部最優(yōu)解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值是否小于上一輪確定的局部最優(yōu)解對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，如果是，則將當(dāng)前局部最優(yōu)解作為本輪確定的局部最優(yōu)解；如果否，則將所述上一輪確定的局部最優(yōu)解作為本輪確定的局部最優(yōu)解；所述第三判斷單元，用于判斷本輪循環(huán)是否符合第二預(yù)設(shè)條件，如果是，則激活所述隨機(jī)坐標(biāo)生成單元；如果否，則結(jié)束循環(huán)，并根據(jù)最后確定的局部最優(yōu)解獲得各個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括:第四判斷單元、升級單元和更新單元，其中， 所述第四判斷單元，用于在所述未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)確定單元確定所述區(qū)域內(nèi)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)后，判斷是否有根據(jù)估計(jì)坐標(biāo)獲得的鄰居關(guān)系和根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間通信獲得的真實(shí)鄰居關(guān)系完全相同的未知節(jié)點(diǎn)，如果有，則激活升級單元；如果沒有，則激活第二判斷單元； 所述升級單元，用于將所有符合上述條件的未知節(jié)點(diǎn)升級為錨節(jié)點(diǎn)，并將根據(jù)所述當(dāng)前局部最優(yōu)解確定的對應(yīng)的未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)坐標(biāo)作為升級后對應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，然后激活更新單元； 所述更新單元，用于更新所述區(qū)域內(nèi)的未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)，然后激活隨機(jī)坐標(biāo)生成單J Li ο`
【文檔編號】H04W84/18GK103517411SQ201310375549
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】聞英友, 陳錫民, 趙大哲, 孟穎輝, 陳劍 申請人:東北大學(xué)