一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及其基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及其基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，該方法包括如下步驟：對(duì)該水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)采用分層定位的方法，將其分為錨節(jié)點(diǎn)定位和普通節(jié)點(diǎn)定位；信標(biāo)節(jié)點(diǎn)周期性地廣播自己的坐標(biāo)信息，錨節(jié)點(diǎn)與普通節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行自我定位；各節(jié)點(diǎn)周期的檢查自身附近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式，并采用水流移動(dòng)預(yù)測(cè)定位法更新自己的移動(dòng)模式；各節(jié)點(diǎn)在獲得自身的移動(dòng)模式之后，根據(jù)該移動(dòng)模式更新自己的坐標(biāo)為自身定位。本發(fā)明提出節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式概念，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)其移動(dòng)模式來預(yù)測(cè)它未來的位置，有效地減小了節(jié)點(diǎn)間的通信開銷。
【專利說明】一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及其基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及其基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]海洋通信網(wǎng)絡(luò)是借助于水聲信號(hào)而建立起來的無線網(wǎng)絡(luò)，其原理是在待監(jiān)測(cè)水域中放入大量廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，利用水聲通信的方式，節(jié)點(diǎn)可以形成有組織網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，用來協(xié)助感知、采集以及處理監(jiān)測(cè)水域范圍內(nèi)目標(biāo)的對(duì)象信息。其中，海洋傳感器節(jié)點(diǎn)主要由控制器、存儲(chǔ)器、傳感器和水聲調(diào)制解調(diào)器等組成。傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，依靠傳感器來獲取參數(shù)，并通過水聲調(diào)制解調(diào)器將信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)發(fā)，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)經(jīng)由接收發(fā)送器鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的信息傳送到遠(yuǎn)程控制管理中心。
[0003]目前水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法主要有升潛定位法、LSL定位法、AAL定位法以及MASL定位法。其中升潛定位法是分布式的基于估計(jì)的定位算法，利用可上浮與下沉的信標(biāo)。在信標(biāo)浮到水面上的時(shí)候通過全球定位系統(tǒng)(GPS)得到自身坐標(biāo)，然后在下沉?xí)r通過壓力傳感器獲取深度信息并不斷的發(fā)送自身坐標(biāo)信息，未知節(jié)點(diǎn)被動(dòng)的接受這些信息并通過單程到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)距算法計(jì)算距離并通過三邊測(cè)量法原理來定位；大規(guī)模定位法(LSL)是靜態(tài)水環(huán)境中的分布式分層定位機(jī)制，該網(wǎng)絡(luò)由三種節(jié)點(diǎn)組成:浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)，錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)。此定位方法中，浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)通過GPS獲取坐標(biāo)，錨節(jié)點(diǎn)首先通過浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位自身坐標(biāo)，然后周期發(fā)送自身坐標(biāo)為未知節(jié)點(diǎn)定位；水下自主航行器輔助定位法(AAL)是靜態(tài)水環(huán)境中的分布式分層定位機(jī)制，該算法是利用水下自主航行器在水下通過航行來定位未知節(jié)點(diǎn)，水下自主航行器會(huì)周期的浮出水面取GPS坐標(biāo)，然后通過船位推算法來定位自身位置并共享位置消息，未知節(jié)點(diǎn)收到消息后，通過雙向TOA測(cè)距算法獲取距離，通過水下自主航行器的移動(dòng)使未知節(jié)點(diǎn)獲取多個(gè)與不同水下自主航行器坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的距離后，節(jié)點(diǎn)即可定位；運(yùn)動(dòng)感知的自身定位法(MASL),是動(dòng)態(tài)水環(huán)境中的集中式定位機(jī)制,該定位方法中沒有錨節(jié)點(diǎn)，在MASL算法中，節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)收集自身與鄰居節(jié)點(diǎn)的距離，這些距離信息會(huì)在由基站進(jìn)行離線處理，通過迭代方法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行估算定位，在此方法中將海水劃分成多個(gè)網(wǎng)格，采用集中式算法減輕節(jié)點(diǎn)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。
[0004]然而上述定位法都存在各自的缺點(diǎn):升潛定位法覆蓋面和定位精度較高，但需要的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)較多，且會(huì)出現(xiàn)通信開銷較大并帶來誤差累積的現(xiàn)象；LSL定位法存在節(jié)點(diǎn)間無法通信現(xiàn)象；MASL定位法不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得實(shí)時(shí)的定位信息；AAL定位法需要較高的通信開銷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及其基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其提出節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式概念，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)其移動(dòng)模式來預(yù)測(cè)它未來的位置，使得各節(jié)點(diǎn)能在一定程度上延長(zhǎng)獲取定位信息的時(shí)間間隔，從而避免了節(jié)點(diǎn)間頻繁地進(jìn)行位置信息的交換，有效地減小了節(jié)點(diǎn)間的通信開銷。
[0006]為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，該水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)包括4個(gè)或更多信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、若干錨節(jié)點(diǎn)以及若干普通節(jié)點(diǎn)，該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送坐標(biāo)，錨節(jié)點(diǎn)可直接與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信，通過與該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的接觸來實(shí)現(xiàn)自定位，普通節(jié)點(diǎn)不能直接與該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接觸，普通節(jié)點(diǎn)通過接觸其鄰居節(jié)點(diǎn)或錨節(jié)點(diǎn)來獲取自己的位置。
[0007]進(jìn)一步地，該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)為裝備GPS的表面浮標(biāo)。
[0008]進(jìn)一步地,各節(jié)點(diǎn)部署在動(dòng)態(tài)水流中。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，包括如下步驟:
[0010]步驟一，對(duì)該水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)采用分層定位的方法，將其分為錨節(jié)點(diǎn)定位和普通節(jié)點(diǎn)定位；
[0011]步驟二，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)周期性地廣播自己的坐標(biāo)信息，錨節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信號(hào)后，通過與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的交互通信的時(shí)間差，獲得自己與附近三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，再通過三角定位法實(shí)現(xiàn)自我定位，并廣播自己的坐標(biāo)信息，普通節(jié)點(diǎn)收到自己附近的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后，與至少三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，獲得自己與這些錨節(jié)點(diǎn)的距離后，再通過三角定位法實(shí)現(xiàn)自我定位；
[0012]步驟三，各節(jié)點(diǎn)周期的檢查自身附近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式，并采用水流移動(dòng)預(yù)測(cè)定位法更新自己的移動(dòng)模式；
[0013]步驟四，各節(jié)點(diǎn)在獲得自身的移動(dòng)模式后，根據(jù)該移動(dòng)模式更新自己的坐標(biāo)為自身定位。
[0014]進(jìn)一步地，于步驟三中，錨節(jié)點(diǎn)采用線性預(yù)測(cè)的方法獲得自己的移動(dòng)模式。
[0015]進(jìn)一步地，于步驟三中，對(duì)于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點(diǎn)，周期性地獲取附近的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，并根據(jù)該些錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特點(diǎn)，采用線性預(yù)測(cè)的方法獲得自己的移動(dòng)模式。
[0016]進(jìn)一步地，于步驟三中，該線性預(yù)測(cè)方法采用如下公式計(jì)算移動(dòng)模式:
^xO')=Σ (O


i=l
[0017]<

m
、.(./)=Σ V:⑴
、 i=l
[0018]假設(shè)需要獲得j點(diǎn)的坐標(biāo)，其中Vx(j)，Vy (j)為j的的位置坐標(biāo)；在已得知j節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)的情況下，則可列方程計(jì)算出j點(diǎn)的坐標(biāo)，其中，m為j節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，Sij為插值系數(shù)。
[0019]進(jìn)一步地，于步驟四中，各節(jié)點(diǎn)采用如下公式更新自己的坐標(biāo):
x(j) = Xo + h-vx(J)
[0020]<
y(j) = yo+tO-vV(J)
[0021]其中，x(j)和y (j)分別表示節(jié)點(diǎn)j的新坐標(biāo)，X0和yo分別表示節(jié)點(diǎn)j更新前的坐標(biāo)，t0表示更新的時(shí)間周期。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及其基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法采用分層定位的方法，對(duì)錨節(jié)點(diǎn)采用線性預(yù)測(cè)的方法對(duì)自己進(jìn)行定位，對(duì)普通節(jié)點(diǎn)利用水下對(duì)象存在的空間相關(guān)性的優(yōu)勢(shì)來促進(jìn)實(shí)現(xiàn)普通節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)，在減小通信開銷的同時(shí)，保證了較大的定位覆蓋率和定位精確度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)；
[0024]圖2為本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法的步驟流程圖；
[0025]圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例中定位信息的組成示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0027]圖1為本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括4個(gè)或更多信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、若干錨節(jié)點(diǎn)以及若干普通節(jié)點(diǎn)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送坐標(biāo)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)為裝備GPS的表面浮標(biāo)，可獲取它們的估計(jì)位置，它們被作為水下定位方案中的“衛(wèi)星”，定位被分層執(zhí)行的，整個(gè)定位過程被分為兩個(gè)部分:錨節(jié)點(diǎn)定位以及普通節(jié)點(diǎn)定位，錨節(jié)點(diǎn)通過信標(biāo)節(jié)點(diǎn)直接定位，錨節(jié)點(diǎn)可以直接接觸信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，通過與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的接觸來實(shí)現(xiàn)自定位；普通節(jié)點(diǎn)復(fù)雜度較低，不能直接與浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)接觸，因?yàn)樗膬r(jià)格低廉，且不希望消耗過多能量，普通節(jié)點(diǎn)通過接觸其鄰居節(jié)點(diǎn)或錨節(jié)點(diǎn)來獲取自己的位置，通常情況下，普通節(jié)點(diǎn)間通過與相鄰錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送本地消息來實(shí)現(xiàn)自定位，因此能更有效的參與到定位任務(wù)中。在定位過程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式都來自于過去的位置信息，它可以通過移動(dòng)模式來預(yù)測(cè)它未來的位置。
[0028]圖2為本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法的步驟流程圖。如圖2所示，本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，包括如下步驟:
[0029]步驟201，對(duì)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)采用分層定位的方法，將其分為錨節(jié)點(diǎn)定位和普通節(jié)點(diǎn)定位；
[0030]步驟202，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)周期性地廣播自己的坐標(biāo)信息，錨節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信號(hào)后，通過與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的交互通信的時(shí)間差，獲得自己與附近三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，再通過三角定位法實(shí)現(xiàn)自我定位，并廣播自己的坐標(biāo)信息；不能與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)直接通信的普通節(jié)點(diǎn)，收到自己附近的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后，需與至少三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，獲得自己與這些錨節(jié)點(diǎn)的距離后，再通過三角定位法實(shí)現(xiàn)自我定位；
[0031]步驟203，各節(jié)點(diǎn)周期的檢查自身附近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式，并更新自己的移動(dòng)模式，采用水流移動(dòng)預(yù)測(cè)定位法(Water Flow Forecast Locat1n, WFFL)更新自己的移動(dòng)模式。具體地說，盡管在較大的范圍內(nèi)，水流的變化比較復(fù)雜，比如存在漩渦、流向改變等特點(diǎn)，但由于水流是一種液體，在相對(duì)較小的范圍內(nèi)，水流仍然存在一定的規(guī)律，比如海洋的洋流中洋流是有一定的流動(dòng)方向的，因此，在沒有海拔落差和缺乏障礙物的海洋中，水流的流動(dòng)方向和速率可以通過時(shí)間連續(xù)記錄和附近的水聲傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。這里的過程如下，由于水聲傳感器節(jié)點(diǎn)沒有固定于海底或其他固定位置時(shí)，基本是隨著水流波動(dòng)的，因此其運(yùn)動(dòng)方向和速度與其所處的水流的運(yùn)動(dòng)方向和速度有極大的相關(guān)性。對(duì)于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的錨節(jié)點(diǎn)，由于可以周期性地獲取信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，因此可以通過附近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特點(diǎn)，采用線性預(yù)測(cè)的算法獲得自己的移動(dòng)模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)自己位置的預(yù)測(cè)。而對(duì)于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點(diǎn)，可以通過周期性地獲取附近的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，并根據(jù)這些錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特點(diǎn)，采用線性預(yù)測(cè)的算法獲得自己的移動(dòng)模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)自己的位置的預(yù)測(cè)。這樣通過利用節(jié)點(diǎn)在水下環(huán)境中存在的空間相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)預(yù)測(cè)和定位。
[0032]具體地說，由于實(shí)際的海洋水流現(xiàn)象在較大范圍內(nèi)比較復(fù)雜，但對(duì)于一定范圍的水流來說，還是具有一定規(guī)律的，在一定的范圍內(nèi)可以假設(shè)為水流隨著流動(dòng)的距離速度呈現(xiàn)線性的變化，因此，這里的流動(dòng)預(yù)測(cè)是利用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度隨距離的關(guān)系近似為線性變化?；谝陨系募僭O(shè)，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)預(yù)測(cè)定位算法中，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式的計(jì)算過程如公式(I)所示，假設(shè)需要獲得j點(diǎn)的速度，其中Vx(j)，Vy(j)為j的的X和y軸的速度；在已得知j節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)的X和y軸速度的情況下，則可列方程計(jì)算出j點(diǎn)的速度:其中，m為j節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，Sij為插值系數(shù)，對(duì)精度要求不高時(shí)該插值系數(shù)可取值為一，此時(shí)節(jié)點(diǎn)j的移動(dòng)速度為其鄰居節(jié)點(diǎn)的平均速度。
vx(j)=Z^v,(o


i=\
[0033]I

m
^vO')=Σ Vv (O
L -1(I)
[0034]步驟204，各節(jié)點(diǎn)在獲得自身的移動(dòng)模式之后，根據(jù)該移動(dòng)模式更新自己的坐標(biāo)為自身定位。
[0035]獲得節(jié)點(diǎn)j的移動(dòng)模式后，可通過式(2)計(jì)算節(jié)點(diǎn)j的坐標(biāo)，這里的X (j)和y (j)分別表示節(jié)點(diǎn)j的新坐標(biāo)，XtI和yo分別表示節(jié)點(diǎn)j更新前的坐標(biāo)，h表示更新的時(shí)間周期。
卜CO = W'.(./)
[0036]<、( O )
= +VvJ./)
[0037]在以上的算法中，假設(shè)了水流和節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式是線性變化的，這種假設(shè)在大范圍水流環(huán)境中會(huì)有較大的誤差。當(dāng)水流環(huán)境不是線性變化時(shí)，這種算法可以通過以下兩種方法來減少預(yù)測(cè)誤差，一是增加周圍節(jié)點(diǎn)的數(shù)量獲取更多的周圍水流信息，二是根據(jù)周圍節(jié)點(diǎn)的距離和特點(diǎn)優(yōu)化插值系數(shù)來提高水流預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0038]在WFFL定位機(jī)制中，假設(shè)該機(jī)制中所有節(jié)點(diǎn)會(huì)按照一定的周期來獲取自身的定位信息。節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式會(huì)因?yàn)槠湓诓粩嗟倪\(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，所以節(jié)點(diǎn)需要周期的檢查自身的移動(dòng)模式，并更新其移動(dòng)模式。節(jié)點(diǎn)在預(yù)測(cè)自身位置之后，會(huì)根據(jù)收集的定位信息來為自身定位，定位信息的組成如圖3所示。
[0039]錨節(jié)點(diǎn)可以直接與浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，所以在任何的定位時(shí)期，它們都能很容易的測(cè)量得到其位置，它們也可以通過過去測(cè)量得到的位置信息來預(yù)測(cè)其未來的移動(dòng)模式。因?yàn)樗聦?duì)象的移動(dòng)速度是具有持續(xù)性以及半周期性特征的，所以可以采用線性預(yù)測(cè)的算法來對(duì)錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)預(yù)測(cè)。
[0040]本發(fā)明適合于將節(jié)點(diǎn)部署在動(dòng)態(tài)水流中，相對(duì)比較密集的海洋無線傳感網(wǎng)絡(luò)，如針對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的海洋無線傳感網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)關(guān)注的是整體網(wǎng)絡(luò)的事件而不是單個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)的事件。
[0041]綜上所述，本發(fā)明一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及其基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法采用分層定位的方法，對(duì)錨節(jié)點(diǎn)采用線性預(yù)測(cè)的方法對(duì)自己進(jìn)行定位，對(duì)普通節(jié)點(diǎn)利用水下對(duì)象存在的空間相關(guān)性的優(yōu)勢(shì)來促進(jìn)實(shí)現(xiàn)普通節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)，在減小通信開銷的同時(shí)，保證了較大的定位覆蓋率和定位精確度。
[0042]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
【權(quán)利要求】
1.一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:該水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)包括4個(gè)或更多信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、若干錨節(jié)點(diǎn)以及若干普通節(jié)點(diǎn)，該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送坐標(biāo)，錨節(jié)點(diǎn)可直接與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信，通過與該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的接觸來實(shí)現(xiàn)自定位，普通節(jié)點(diǎn)不能直接與該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接觸，普通節(jié)點(diǎn)通過接觸其鄰居節(jié)點(diǎn)或錨節(jié)點(diǎn)來獲取自己的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)為裝備GPS的表面浮標(biāo)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:各節(jié)點(diǎn)部署在動(dòng)態(tài)水流中。
4.一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，包括如下步驟: 步驟一，對(duì)該水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)采用分層定位的方法，將其分為錨節(jié)點(diǎn)定位和普通節(jié)點(diǎn)定位； 步驟二，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)周期性地廣播自己的坐標(biāo)信息，錨節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信號(hào)后，通過與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的交互通信的時(shí)間差，獲得自己與附近三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，再通過三角定位法實(shí)現(xiàn)自我定位，并廣播自己的坐標(biāo)信息，普通節(jié)點(diǎn)收到自己附近的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后，與至少三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，獲得自己與這些錨節(jié)點(diǎn)的距離后，再通過三角定位法實(shí)現(xiàn)自我定位； 步驟三，各節(jié)點(diǎn)周期的檢查自身附近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模式，并采用水流移動(dòng)預(yù)測(cè)定位法更新自己的移動(dòng)模式； 步驟四，各節(jié)點(diǎn)在獲得自身的移動(dòng)模式后，根據(jù)該移動(dòng)模式更新自己的坐標(biāo)為自身定位。
5.如權(quán)利要求4所述的一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于:于步驟三中，錨節(jié)點(diǎn)采用線性預(yù)測(cè)的方法獲得自己的移動(dòng)模式。
6.如權(quán)利要求5所述的一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于:于步驟三中，對(duì)于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點(diǎn)，周期性地獲取附近的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，并根據(jù)該些錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特點(diǎn)，采用線性預(yù)測(cè)的方法獲得自己的移動(dòng)模式。
7.如權(quán)利要求6所述的一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，于步驟三中，該線性預(yù)測(cè)方法采用如下公式計(jì)算移動(dòng)模式: v,(./)=Z^vv(o
m VyU) = 假設(shè)需要獲得j點(diǎn)的坐標(biāo)，其中Vx (j)，Vy (j)為j的的位置坐標(biāo)；在已得知j節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)的情況下，則可列方程計(jì)算出j點(diǎn)的坐標(biāo)，其中，m為j節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，Sij為插值系數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于水流預(yù)測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，于步驟四中，各節(jié)點(diǎn)采用如下公式更新自己的坐標(biāo): |4i) = ^o+^o-v.(i) \yU) = yo+to-vy(J) 其中，x(j)和y (j)分別表示節(jié)點(diǎn)j的新坐標(biāo)，X0和10分別表示節(jié)點(diǎn)j更新前的坐標(biāo)，t0表示更新的時(shí)間周期。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104302001SQ201410559224
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】殷曉婷, 范光宇, 胡英達(dá), 林錦濤, 史方圓, 張璟浩 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院