專利名稱：傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法
傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其涉及ー種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法。
背景技木
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是由布置在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、采集和處理網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并傳送給需要這些信息的用戶。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各種應(yīng)用中，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置信息是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本問題之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問題可以看作是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量、無線通信、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算處理能力等資源普遍受限的情況下，通過一定的技術(shù)、方法和手段及時而有效獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在ニ維或三維空間分布上的物理位置信息或坐標(biāo)信息的過程，最終使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)獲得位置信息，進(jìn)而使各種服務(wù)質(zhì)量得到改善。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要條件，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節(jié)點(diǎn)位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測信息中所包含的重要信息，沒有位置信息的監(jiān)測消息往往毫無意義。因此，確定事件發(fā)生位置或獲取信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用有效性起著關(guān)鍵的作用。如圖I所示，設(shè)有全向天線的移動錨節(jié)點(diǎn)M在網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域中按預(yù)定路徑110移動，移動錨節(jié)點(diǎn)M在移動同時向覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播信標(biāo)信息，該信標(biāo)信息包括移動錨節(jié)點(diǎn)M在廣播信標(biāo)信息時的位置信息。當(dāng)移動錨節(jié)點(diǎn)M進(jìn)入各傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域120的時候，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)S開始接收移動錨節(jié)點(diǎn)M的信標(biāo)信息，建立接收信標(biāo)信息列表，進(jìn)而尋找移動錨節(jié)點(diǎn)M第一次進(jìn)入該傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)S通信區(qū)域120內(nèi)的第一個位置點(diǎn)A和離開通信區(qū)域120時最后ー個位置點(diǎn)B及第二次進(jìn)入該傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)S通信區(qū)域120內(nèi)的第一個位置點(diǎn)C和離開通信區(qū)域120時最后ー個位置點(diǎn)D的位置坐標(biāo)，然后根據(jù)相關(guān)幾何性質(zhì)估計(jì)出該傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)S的位置坐標(biāo)。在這個定位方法中，由于移動錨節(jié)點(diǎn)M采用全向天線進(jìn)行信標(biāo)信息的廣播，由于其廣播范圍的大，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)S接收到很多無用的信息，進(jìn)而造成很多無謂的能量浪費(fèi)，而能量問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用瓶頸所在。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種高能效的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法。一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，包括以下步驟移動錨節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域移動并通過定向天線廣播信標(biāo)信息；所述定向天線覆蓋的區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收所述信標(biāo)信息；所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過所述信標(biāo)信息確定自身的位置。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，移動錨節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域移動并通過定向天線廣播信標(biāo)信息的步驟包括如下步驟所述移動錨節(jié)點(diǎn)按有效覆蓋所述網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域的預(yù)定路徑移動；所述移動錨節(jié)點(diǎn)實(shí)時獲得自身位置信息；所述移動錨節(jié)點(diǎn)廣播包含自身位置信息的信標(biāo)信息。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述定向天線覆蓋的區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收所述信標(biāo)信息的步驟包括如下步驟所述定向天線覆蓋區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收所述信標(biāo)信息；所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)建立信標(biāo)信息列表；判斷所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收集到的所述信標(biāo)信息是否滿足節(jié)點(diǎn)確定自身位置條件，如果是，停止收集信息，如果否，繼續(xù)收集所述信標(biāo)信息。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過所述信標(biāo)信息確定自身的位置的步驟包括如下步驟確定所述移動錨節(jié)點(diǎn)在所述定向天線覆蓋區(qū)域內(nèi)的最強(qiáng)增益方向方程；判斷所述最強(qiáng)増益方向方程是否滿足條件，
權(quán)利要求
1.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，包括以下步驟 移動錨節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域移動并通過定向天線廣播信標(biāo)信息； 所述定向天線覆蓋的區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收所述信標(biāo)信息； 所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過所述信標(biāo)信息確定自身的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，移動錨節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域移動并通過定向天線廣播信標(biāo)信息的步驟包括如下步驟 所述移動錨節(jié)點(diǎn)按有效覆蓋所述網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域的預(yù)定路徑移動； 所述移動錨節(jié)點(diǎn)實(shí)時獲得自身位置信息； 所述移動錨節(jié)點(diǎn)廣播包含自身位置信息的信標(biāo)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述定向天線覆蓋的區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收所述信標(biāo)信息的步驟包括如下步驟 所述定向天線覆蓋區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收所述信標(biāo)信息； 所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)建立信標(biāo)信息列表； 判斷所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收集到的所述信標(biāo)信息是否滿足節(jié)點(diǎn)確定自身位置條件，如果是，停止收集信息，如果否，繼續(xù)收集所述信標(biāo)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過所述信標(biāo)信息確定自身的位置的步驟包括如下步驟 確定所述移動錨節(jié)點(diǎn)在所述定向天線覆蓋區(qū)域內(nèi)的最強(qiáng)增益方向方程； 判斷所述最強(qiáng)增益方向方程是否滿足條件，ix} <x< X2\y ^ maxiy^y,) 其中，Xl，yi為所述移動錨節(jié)點(diǎn)在第一位置點(diǎn)的位置坐標(biāo)，x2，y2為所述移動錨節(jié)點(diǎn)在第二位置點(diǎn)的位置坐標(biāo)，x，y為所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的位置坐標(biāo)，如果否，返回所述確定所述移動錨節(jié)點(diǎn)在所述定向天線的覆蓋區(qū)域內(nèi)的最強(qiáng)增益方向方程的步驟； 確定所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，確定所述移動錨節(jié)點(diǎn)在所述定向天線覆蓋區(qū)域內(nèi)最強(qiáng)增益方向方程的公式為 \l0-y-yi =Kix-xI) 其中，L0為第一位置點(diǎn)最強(qiáng)增益方向方程，Lc/為第二位置點(diǎn)最強(qiáng)增益方向方程，k:為所述第一位置點(diǎn)最強(qiáng)增益方向方程的斜率，k2為所述第二位置點(diǎn)最強(qiáng)增益方向方程的斜率，X1, Y1為移動錨節(jié)點(diǎn)在第一位置點(diǎn)的位置坐標(biāo),x2, y2為移動錨節(jié)點(diǎn)在第二位置點(diǎn)的位置坐標(biāo)，X, y為所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的位置坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，確定所述移動錨節(jié)點(diǎn)在所述定向天線覆蓋的區(qū)域內(nèi)的最強(qiáng)增益方向方程的公式為dgMl _ SN 2 _ ^N1N2 sin^) ^m{a6) sin(a3) 其中，<4 =水xI -xY + (y, -y)2 ,為點(diǎn)(X^y1)和(X，y)之間的物理距離，a 5為dSN1的對應(yīng)角'dW2 =^J(x2-x)2 +(y2-y)2 ,為點(diǎn)(x2,y2)和(x,y)之間的物理距離，a 6為dSN2的對應(yīng)角;dNiN2 =yJ(Xj -X2)2 +(yj -y2)2，為點(diǎn)(X^y1)和(x2,y2)之間的物理距離，a3 為 dN1N2 的對應(yīng)角；Xl，yi為移動錨節(jié)點(diǎn)在第一位置點(diǎn)的位置坐標(biāo)，x2，y2為移動錨節(jié)點(diǎn)在第二位置點(diǎn)的位置坐標(biāo)，X, y為所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的位置坐標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過所述信標(biāo)信息確定自身的位置的步驟包括如下步驟 確定所述移動錨節(jié)點(diǎn)在所述定向天線覆蓋區(qū)域的邊界線方程；ix} <x< X2[y> Maxiy^y2) 其中，Xl，yi為所述移動錨節(jié)點(diǎn)在第一位置點(diǎn)的位置坐標(biāo)，x2，y2為所述移動錨節(jié)點(diǎn)在第二位置點(diǎn)的位置坐標(biāo)，x，y為所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的位置坐標(biāo)，如果否，返回所述確定所述定向天線覆蓋區(qū)域的邊界線方程； 確定所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述確定所述移動錨節(jié)點(diǎn)在所述定向天線的覆蓋區(qū)域的邊界線方程的公式為s \L2-y-yi =^2(X-X1) [Li ■■y-y2 = k3(x-x2)S [L1 :少一少;=R1(X-X1) [Li ■■y-y2 = k3(x-x2)s \L2-y-yi =^2(X-X1)[L2 ■y-y2 =k4(x-x2)S [L1 :少_少;=Jc1(X-X1)[L2 ■■y-y2 =k4(x-x2) 其中，L1為第一位置點(diǎn)的第一邊界線方程，L2為第一位置點(diǎn)的第二邊界線方程，L1'為第二位置點(diǎn)的第一邊界線方程，L2'為第二位置點(diǎn)的第二邊界線方程，S1為第一位置點(diǎn)第二邊界線與第二位置點(diǎn)第一邊界線的交點(diǎn)，S2為第一位置點(diǎn)第一邊界線與第二位置點(diǎn)第一邊界線的交點(diǎn)，S3為第一位置點(diǎn)第二邊界線與第二位置點(diǎn)第二邊界線的交點(diǎn)，S4為第一位置點(diǎn)第一邊界線與第二位置點(diǎn)第二邊界線的交點(diǎn)，Ic1為所述第一位置點(diǎn)第一邊界線的斜率，k2為所述第一位置點(diǎn)第二邊界線的斜率，k3為所述第二位置點(diǎn)第一邊界線的斜率，k4為所述第二位置點(diǎn)第二邊界線的斜率，X, y為未知數(shù)，解方程得，S1的位置坐標(biāo)Xs1, Ys1, S2的位置坐標(biāo)Xs2，Ys2, S3的位置坐標(biāo)Xs3，Ys3, S4的位置坐標(biāo)Xs4，Ys4,于是有， Xs = (Xs1+Xs2+Xs3+Xs4) / 4Ys = (YsAYsfYsJYs4)/4 其中，Xs，Ys為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的位置坐標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述定向天線覆蓋區(qū)域?yàn)楠M長的扇形。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述自身位置信息包括位置點(diǎn)坐標(biāo)、位置點(diǎn)與坐標(biāo)軸的夾角、所述定向天線覆蓋的區(qū)域的夾角。
全文摘要
一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，包括以下步驟移動錨節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域移動并通過定向天線廣播信標(biāo)信息；所述定向天線覆蓋的區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收所述信標(biāo)信息；所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過所述信標(biāo)信息確定自身的位置。上述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法采用移動錨節(jié)點(diǎn)定向廣播信標(biāo)信息，由于定向天線覆蓋的面積比全向天線覆蓋的面積小，所以信標(biāo)信息能以高增益的方式廣播到狹長的扇形區(qū)，既減少了環(huán)境噪聲對信標(biāo)信息的干擾，又能在不影響定位精度的情況下減少傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收信標(biāo)信息的數(shù)量，節(jié)約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)耗費(fèi)的能量。
文檔編號H04W64/00GK102685883SQ20111006601
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者于峰崎, 張寶利 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院