一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作定位。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，對于位置信息的獲取在無線系統(tǒng)（比如蜂窩網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)等）中受到很大的關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks, WSN)是由 一些具備感知環(huán)境參數(shù)能力的傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，并裝備有無線傳輸設(shè)備進(jìn)行無線通 信。這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛使用于一些環(huán)境感知應(yīng)用中，諸如水質(zhì)監(jiān)控、室內(nèi)空氣質(zhì)量 監(jiān)控、精密農(nóng)業(yè)管理等。上述的這些應(yīng)用中，如果無法獲取節(jié)點的具體位置信息是沒有意義 的，因而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的定位問題成為目前炙手可熱的研究之一。
[0003]目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位主要分為非協(xié)作定位和協(xié)作定位。傳統(tǒng)的非協(xié)作定 位中，待定位節(jié)點只通過位置信息已知的參考節(jié)點來計算自身的位置。協(xié)作定位中待定位 節(jié)點的位置估計不僅需要依靠參考節(jié)點，還可以利用其他待定位節(jié)點的位置信息。通過節(jié) 點之間的相互協(xié)作能夠很好地提高定位精度，但同時會導(dǎo)致極大的能量消耗以及算法復(fù)雜 度問題。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種能量受限的網(wǎng)絡(luò)，因而如何在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作 定位中實現(xiàn)定位精度與能量消耗及算法復(fù)雜度之間的權(quán)衡，是一個很有價值的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明以實現(xiàn)定位精度與能量消耗及算法復(fù)雜度之間的權(quán)衡為目標(biāo)，提供一種無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作定位方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作定位方法，包 括以下步驟：
[0006] (1)在定位開始前，通過統(tǒng)計定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布的待定位節(jié)點對參考節(jié)點的 RSS值的累積概率密度分布函數(shù)，設(shè)置接收信號強(qiáng)度閾值，將待定位節(jié)點接收到的網(wǎng)絡(luò)中所 有其通信范圍內(nèi)節(jié)點的RSS值與設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，將接收信號強(qiáng)度值大于閾值的節(jié)點 劃分到該待定位節(jié)點的節(jié)點簇中；
[0007] (2)計算待定位節(jié)點的節(jié)點簇中任意兩個節(jié)點對其位置估計的CRLB值，以某一節(jié) 點與節(jié)點簇中其他每個節(jié)點組合得到的所有該CRLB值總和的倒數(shù)作為該節(jié)點對待定位節(jié) 點位置估計的貢獻(xiàn)值；
[0008] (3)在定位過程中，由于信道的時變特性，如果待定位節(jié)點對其節(jié)點簇中某一節(jié)點 的RSS值小于設(shè)置的閾值，且該節(jié)點的貢獻(xiàn)值小于節(jié)點簇中其他所有節(jié)點，則在節(jié)點簇中 節(jié)點數(shù)目大于3的前提下，將該節(jié)點從簇中去除，否則保留；如果待定位節(jié)點對其節(jié)點簇外 某一節(jié)點的RSS值大于設(shè)置的閾值，且該節(jié)點的貢獻(xiàn)值大于節(jié)點簇中貢獻(xiàn)值最小的節(jié)點， 則將該節(jié)點劃分到此節(jié)點簇中；
[0009] (4)從待定位節(jié)點的節(jié)點簇中選取貢獻(xiàn)值較大的節(jié)點作為該待定位節(jié)點的參考節(jié) 點，利用所選取參考節(jié)點的位置信息，使用LLS算法計算其位置。
[0010] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0011] 本發(fā)明充分考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量受限的局限性問題，通過設(shè)置接收信號強(qiáng)度 閾值，為待定位節(jié)點劃分不同的節(jié)點簇，避免冗余節(jié)點參與定位導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過大。所述方 法降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作定位的能量消耗及計算復(fù)雜度，并在此基礎(chǔ)上充分考慮定位 的精度問題，從節(jié)點簇中選取對待定位節(jié)點位置估計貢獻(xiàn)值較大的節(jié)點作為參考節(jié)點進(jìn)行 定位，從而達(dá)到定位準(zhǔn)確性與能量消耗及算法復(fù)雜度之間較好的折中。
【附圖說明】
[0012] 圖1是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位場景圖。
[0013] 圖2是每個待定位節(jié)點的位置估計流程圖。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個待定位節(jié)點劃分節(jié)點簇，并從中選取對定位精 度比較有利的參考節(jié)點，使用線性最小二乘（Linear Least Squares, LLS)算法計算其位 置，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方法作進(jìn)一步的描述。
[0015] 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)中有Na個位置信息已知的參考節(jié)點，其坐標(biāo)位 置記為{% = 0/,y;) e歴2,〗_=1,:2, - ;//"}和（N-NJ個隨機(jī)分布的待定位節(jié)點，這些待定位 節(jié)點的坐標(biāo)位置未知，記關(guān)
[0016] 如附圖2,在定位開始前，通過統(tǒng)計定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布的待定位節(jié)點對參考節(jié)點 的接收信號強(qiáng)度（Received Signal Strength，RSS)值的累積概率密度分布函數(shù)，設(shè)置接收 信號強(qiáng)度閾值，將待定位節(jié)點接收到的網(wǎng)絡(luò)中所有其通信范圍內(nèi)節(jié)點的RSS值與設(shè)置的閾 值進(jìn)行比較，將接收信號強(qiáng)度值大于閾值的節(jié)點劃分到該待定位節(jié)點的節(jié)點簇中，具體步 驟如下：
[0017] (1)固定好Na個位置信息已知的參考節(jié)點，在定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)布置大量待定位節(jié) 點，記錄待定位節(jié)點的接收信號強(qiáng)度值，統(tǒng)計接收信號強(qiáng)度值的累積概率密度函數(shù)，并選取 某一概率e (二維定位中至少需要3個參考節(jié)點，因而根據(jù)具體場景選取e值保證節(jié)點簇 中的節(jié)點數(shù)不小于3)處對應(yīng)的信號強(qiáng)度值作為接收信號強(qiáng)度閾值。
[0018] (2)對某一個具體的待定位節(jié)點x]，接收在其通信范圍內(nèi)所有節(jié)點（包括參考節(jié) 點及其他待定位節(jié)點）的信號，將接收到的信號強(qiáng)度值與（1)中設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，若大 于該閾值，則將該節(jié)點劃分到^的節(jié)點簇C ,中，否則不在此節(jié)點簇中。
[0019] 為待定位節(jié)點劃分好節(jié)點簇后，計算待定位節(jié)點的節(jié)點簇中任意兩個節(jié)點對其位 置估計的克拉美羅下界（Cramer-Rao Lower Bound，CRLB)，計算某一節(jié)點與節(jié)點簇中其他 每個節(jié)點組合得到的所有該CRLB值總和的倒數(shù)，將該倒數(shù)值作為該節(jié)點對待定位節(jié)點位 置估計的貢獻(xiàn)值，選取貢獻(xiàn)值大的節(jié)點作為該待定位節(jié)點的參考節(jié)點，并根據(jù)RSS值結(jié)合 該貢獻(xiàn)值，動態(tài)地對節(jié)點簇中的節(jié)點進(jìn)行更新。
[0020] (3)假設(shè)根據(jù)（1)中的劃分方法，待定位節(jié)點Xj的節(jié)點簇C j中有M個節(jié)點，則對 Cj中任意兩個節(jié)點x dP x "以及該定位節(jié)點x 有如下CRLB