專利名稱：一種距離感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多維定標(biāo)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)距離感知的多維定標(biāo)定位方法SA_ MDS (self-adjusting distance MDQ，屬于物聯(lián)網(wǎng)/傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)部署的不可控制性，如飛機(jī)撒播、節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)移動(dòng)等，網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)節(jié)點(diǎn)位置不能事先確定，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大量應(yīng)用都需要網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，如在軍事戰(zhàn)術(shù)中，艦船、戰(zhàn)車、士兵等所攜帶的傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息是作戰(zhàn)指揮的關(guān)鍵依據(jù)，節(jié)點(diǎn)發(fā)回的戰(zhàn)術(shù)信息無(wú)不與該節(jié)點(diǎn)當(dāng)時(shí)所處的位置有關(guān)。另外，了解傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息還可以提高路由效率，為網(wǎng)絡(luò)提供命名空間，向部署者報(bào)告網(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?。因此，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSNs)的應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)能夠自主確定位置被認(rèn)為是基本能力和系統(tǒng)的基本服務(wù)之一。由于 WSNs自身特點(diǎn)的原因，如受到成本、功耗、拓展性等問(wèn)題的限制，尋求WSNs自身定位機(jī)制成為許多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者共同探討的問(wèn)題。近年來(lái)，一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)提出了許多應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，王福豹等人對(duì)這些方法的原理及特點(diǎn)做了詳盡的分析和描述，給出了定位系統(tǒng)和定位方法的性能評(píng)價(jià)參數(shù)。到目前為止，現(xiàn)有的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍， 根據(jù)定位的需求，各方法在性能評(píng)價(jià)參數(shù)上各有取舍，沒(méi)有哪一種方法是絕對(duì)優(yōu)秀的。如何綜合考慮方法的各個(gè)性能評(píng)價(jià)參數(shù)，使節(jié)點(diǎn)的定位精度最優(yōu)是定位方法的主要目標(biāo)。定位方法的分類有很多種，根據(jù)定位過(guò)程中是否測(cè)量實(shí)際節(jié)點(diǎn)間的距離，可以把現(xiàn)有的定位方法主要分為兩類基于距離(Range-based)的定位方法和距離無(wú)關(guān) (Range-free)的定位方法?；诰嚯x的定位方法利用接收信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)、信號(hào)傳輸時(shí)間(TOA)、信號(hào)傳輸時(shí)間差(TDOA)、和信號(hào)到達(dá)角度(AOA)等技術(shù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后用數(shù)學(xué)方法計(jì)算節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)?；诰嚯x的定位方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，但是對(duì)節(jié)點(diǎn)的硬件要求比較高。由于硬件成本、能耗等原因，人們提出了距離無(wú)關(guān)的定位技術(shù)，距離無(wú)關(guān)的定位方法主要有兩大類，一類是先對(duì)未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行估計(jì)，然后利用數(shù)學(xué)方法對(duì)未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位；另一類方法是通過(guò)鄰居節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)確定包含待定位節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，然后把該區(qū)域的質(zhì)心作為待定位節(jié)點(diǎn)的位置。距離無(wú)關(guān)的定位方法主要有APIT方法、 DV-HOP方法、Amorphous方法、Centroid方法等，它們主要里利用節(jié)點(diǎn)的連通性來(lái)輔助節(jié)點(diǎn)定位。距離無(wú)關(guān)的定位方法對(duì)硬件要求比較低，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的要求，但是定位精度隨之降低。多維定標(biāo)技術(shù)(Multidimensional Scaling :MDS)，是一種源自心理測(cè)量學(xué)和精神物理學(xué)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，它在工程領(lǐng)域、社會(huì)科學(xué)和心理學(xué)等方面都有較廣泛的應(yīng)用。Yi Shang等首次把多維定標(biāo)技術(shù)應(yīng)用于WSNs的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)中，提出了 MDS_MAP方法及其改進(jìn)方法，它可以在range_free和rangejDased兩種情況下進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位，其核心思想是用多維定標(biāo)技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的距離或者跳數(shù)的度量值進(jìn)行處理，進(jìn)而完成節(jié)點(diǎn)的定位，它主要分為三個(gè)步驟1)獲得節(jié)點(diǎn)的距離矩陣；2)根據(jù)距離矩陣信息，用MDS計(jì)算相對(duì)坐標(biāo)圖；3)利用已知錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息將相對(duì)坐標(biāo)圖轉(zhuǎn)換為絕對(duì)坐標(biāo)圖。MDS-MAP方法能夠很好的適應(yīng)WSNs中的節(jié)點(diǎn)定位，但該方法也有自己的不足之處，如采用最短路徑代替節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際幾何距離，當(dāng)最短路徑距離與節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離相差較大時(shí)，定位精度將受到較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有定位技術(shù)存在的缺陷，提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)距離感知的多維定標(biāo)定位方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案。一種距離感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多維定標(biāo)定位方法，包括如下步驟步驟(1)，網(wǎng)絡(luò)部署通過(guò)仿真器或搭建真實(shí)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，產(chǎn)生多跳的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鼍W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)包括普通節(jié)點(diǎn)和坐標(biāo)信息已知的錨節(jié)點(diǎn)；步驟O)，生成待定位節(jié)點(diǎn)的一跳距離矩陣在待定位節(jié)點(diǎn)通信半徑Y(jié)以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)即為該節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與其所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)間的距離構(gòu)成一跳距離矩陣；步驟(3)，獲得待定位節(jié)點(diǎn)的兩跳距離矩陣根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署的情況獲得待定位節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算該節(jié)點(diǎn)與其兩跳距離節(jié)點(diǎn)的距離，該節(jié)點(diǎn)與其所有兩跳距離節(jié)點(diǎn)間的距離構(gòu)成兩跳距離矩陣；所述關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)指兩個(gè)互為兩跳距離節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)所共有的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)；所述兩跳距離節(jié)點(diǎn)間的距離的計(jì)算方法如下①當(dāng)兩跳距離節(jié)點(diǎn)i、1具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用下述方法獲得兩跳節(jié)點(diǎn)距離任取兩個(gè)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)j、k，借助關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)用以下方法計(jì)算兩跳距離節(jié)點(diǎn)i、 1 之間的距離 Mil2 = Clij2Hi2-ZdijCljlCOS ( Z ijk+ Z kjl)，cosZijk = d'J，
權(quán)利要求
1.一種距離感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多維定標(biāo)定位方法，其特征在于包括如下步驟 步驟(1)，網(wǎng)絡(luò)部署通過(guò)仿真器或搭建真實(shí)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，產(chǎn)生多跳的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鼍W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)包括普通節(jié)點(diǎn)和坐標(biāo)信息已知的錨節(jié)點(diǎn)；步驟O)，生成待定位節(jié)點(diǎn)的一跳距離矩陣在待定位節(jié)點(diǎn)通信半徑Y(jié)以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)即為該節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與其所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)間的距離構(gòu)成一跳距離矩陣；步驟(3)，獲得待定位節(jié)點(diǎn)的兩跳距離矩陣根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署的情況獲得待定位節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算該節(jié)點(diǎn)與其兩跳距離節(jié)點(diǎn)的距離，該節(jié)點(diǎn)與其所有兩跳距離節(jié)點(diǎn)間的距離構(gòu)成兩跳距離矩陣；所述關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)指兩個(gè)互為兩跳距離節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)所共有的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)；所述兩跳距離節(jié)點(diǎn)間的距離的計(jì)算方法如下①當(dāng)兩跳距離節(jié)點(diǎn)i、1具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用下述方法獲得兩跳節(jié)點(diǎn)距離任取兩個(gè)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)j、k，借助關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)用以下方法計(jì)算兩跳距離節(jié)點(diǎn)i、l之間的距離
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多維定標(biāo)定位方法，其特征在于，步驟(5)所述多維定標(biāo)技術(shù)具體如下將節(jié)點(diǎn)的距離矩陣D雙中心化構(gòu)造一個(gè)新的矩陣礦，其中新的矩陣D*中的元素dij*由去
全文摘要
本發(fā)明公開了一種距離感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多維定標(biāo)定位方法，屬于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。本發(fā)明根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位的特點(diǎn)，引入“關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)”的概念，節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署情況，首先獲得節(jié)點(diǎn)的一跳距離矩陣，然后再獲得多跳節(jié)點(diǎn)間的距離，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)部署情況自動(dòng)調(diào)整多跳節(jié)點(diǎn)間的距離，避免單一的應(yīng)用近似距離，進(jìn)而提高節(jié)點(diǎn)定位精度。本發(fā)明可以應(yīng)用在不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，更好的提高節(jié)點(diǎn)的定位精度，也節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)部署資源。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102231911SQ20111017697
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者葉飛虎, 張芃, 沈航, 白光偉, 繆成蓓 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)