一種基于方向決策的動態(tài)路徑節(jié)點定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種基于方向決策的動態(tài)路徑節(jié)點定位方法，屬于無線傳感器定位技 術領域。
【背景技術】
[0002] 嵌入式、微機電系統(tǒng)(MEMS)等科技的研究與進步，使得采用配備低功耗處理器、適 量的內(nèi)存器、無線信號收發(fā)器等設備的節(jié)點建立一個自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor化tworks，WSNs)成為現(xiàn)實。無線傳感器網(wǎng)絡一般被部署在人煙稀少、范圍廣闊的區(qū) 域。其典型的部署方式是通過如飛機的飛行器，將大量傳感器節(jié)點拋撒在監(jiān)測區(qū)域。無線傳 感器網(wǎng)絡是一個多功能自治感知網(wǎng)絡，具有信息感知、通信、信息處理等功能。
[0003] 作為物理世界和數(shù)字世界之間溝通的橋梁，WSNs被廣泛地應用在各個領域W處理 信息感知的問題，包括:軍事、工業(yè)、建筑、醫(yī)療、航海等，特別在自然災害監(jiān)測、預警、救援W 及其他緊急情況中充當著不可或缺的角色。例如，當傳感器節(jié)點被布置在不同深度的海底 時，它們可W收集不同位置海水中的溫度、壓力及其他數(shù)據(jù)，從而可W觀測冰川的活動。當 傳感器節(jié)點被布置在鳥巢中，它們可W收集特定鳥類的生活習性。在上述介紹的應用中，所 有有用的信息都建立在傳感器節(jié)點精確定位的前提下。因此，在WSNs中節(jié)點的定位技術是 最基本和最核屯、的技術之一，有效的定位技術和最優(yōu)化的定位方法值得被深入研究。
[0004] 如今運用在各個領域的定位技術為：全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System),其技術已比較成熟，具有定位精度高、實時性好等特點。但是WSNs中，傳感器節(jié)點 具有規(guī)模大、成本低、體積小、能量有限和隨機部署等特點，運些特點使得在每一個傳感器 節(jié)點上都配備一個GI^設備不具可行性。因此，設計出具有節(jié)能性、健壯性、自組織性的WSNs 節(jié)點定位技術已成為眾多學者研究的熱點。
[0005] 目前，學術界已經(jīng)提出了很多節(jié)點定位算法。其中，基于移動錯節(jié)點的定位技術可 W融合測距和非測距技術的優(yōu)勢，所W越來越受到大家的關注。
[0006] 目前基于移動錯節(jié)點的定位技術主要分為兩類:一類是將未知節(jié)點的定位問題轉(zhuǎn) 化為幾何問題，采用未知節(jié)點與錯節(jié)點之間的幾何關系，計算未知節(jié)點的坐標。另一類則采 用路徑規(guī)劃，即移動錯節(jié)點沿著特定軌跡運行，并定期發(fā)送數(shù)據(jù)包，未知節(jié)點根據(jù)收到的數(shù) 據(jù)包進行自我定位。
[0007] 在未知節(jié)點分布均勻的區(qū)域中，采用靜態(tài)錯節(jié)點路徑規(guī)劃方法比較合適，靜態(tài)路 徑規(guī)劃方法對待定位區(qū)域有比較全面的覆蓋，定位精度也比較高。但在傳感器節(jié)點分布不 均但是連續(xù)的U型網(wǎng)絡或Z型網(wǎng)絡定位區(qū)域中，靜態(tài)的路徑規(guī)劃算法不夠靈活，大量的時間 和能源都浪費在沒有傳感器節(jié)點的區(qū)域而節(jié)點分布較密的區(qū)域虛擬錯節(jié)點信息則相對較 少的問題，所W靜態(tài)路徑規(guī)劃的方法不合適。而現(xiàn)有的動態(tài)路徑規(guī)劃方法中，錯節(jié)點運行軌 跡比較平滑，會存在較大的共線問題，所W如何實現(xiàn)最優(yōu)化的路徑是基于移動錯節(jié)點定位 技術需要解決的問題。而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于方向決策的動態(tài)路徑 節(jié)點定位方法(簡稱DPOD)，該方法的錯節(jié)點移動方向遵循60°的倍數(shù)變化，能夠解決錯節(jié)點 共線問題。
[0009] 本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是:一種基于方向決策的動態(tài)路徑節(jié)點 定位方法，該方法錯節(jié)點采用定向天線辨別通信中傳感器節(jié)點的方位，然后運用一種方向 決策方案決定移動錯節(jié)點下一步移動的方向，移動的角度遵循等邊=角形最優(yōu)原理。錯節(jié) 點每運行一步廣播一次其坐標信息，未知節(jié)點在接收到四個錯節(jié)點數(shù)據(jù)包后，運用基于權 重選擇的=邊定位算法進行自我定位。在錯節(jié)點遍歷過正常路徑后，運用網(wǎng)格遞增式優(yōu)化 算法進行進一步定位優(yōu)化。
[0010]方法流程：
[0011] 步驟1:錯節(jié)點廣播自身位置的數(shù)據(jù)包；
[0012] 步驟2:錯節(jié)點接收通信范圍內(nèi)未定位節(jié)點反饋數(shù)據(jù)包，并采用定向天線辨別未定 位傳感器節(jié)點所處區(qū)域，遵循等邊=角形最優(yōu)原理，采用六個固定方向選擇的方向決策方 案決定下一步移動的方向；
[0013] 步驟3:錯節(jié)點每運行一步廣播自身坐標信息，步長為節(jié)點通信半徑的長度；
[0014] 步驟4:未知節(jié)點接收錯節(jié)點數(shù)據(jù)包；
[0015] 步驟5:未知節(jié)點在接收到四個錯節(jié)點數(shù)據(jù)包后，運用基于權重選擇的=邊定位算 法進行自我定位，并向錯節(jié)點發(fā)送反饋數(shù)據(jù)包；
[0016] 步驟6:已定位成功的節(jié)點將自身坐標發(fā)送給后臺；
[0017] 步驟7:錯節(jié)點在運行過程中，若通信半徑內(nèi)接收不到未知節(jié)點信息，則利用功率 控制器增大發(fā)射功率，先增大為通信半徑的兩倍，若還是無法接收到未知節(jié)點信息，則增大 為通信半徑的=倍，若還是無法接收到未知節(jié)點信息，則錯節(jié)點隨機運行直到接收到未知 節(jié)點為止，期間不廣播自身定位信息；
[0018] 步驟8:錯節(jié)點遍歷所有路徑后，后臺決策靜態(tài)信標點；
[0019] 步驟9:選作靜態(tài)信標的節(jié)點廣播自身位置，其他仍未定位的節(jié)點再次接收信息并 定位；
[0020] 步驟10:定位成功的節(jié)點開始信息采集工作。
[0021] 進一步的，本發(fā)明所述方法中錯節(jié)點的動態(tài)路徑規(guī)劃，包括如下步驟：
[0022] 第一步:方向決策
[0023] 采用定向天線和功率調(diào)節(jié)器，按照特定的方向決策方案決定下一時刻的移動方 向，移動方向遵守等邊=角形最優(yōu)原理；
[0024] 第二步:移動步長選取
[0025] 移動步長選取未知節(jié)點通信半徑的長度。
[0026] 進一步的，本發(fā)明傳感器節(jié)點的信息采集和存儲機制，包括如下步驟：
[0027] 第一步:錯節(jié)點廣播數(shù)據(jù)包；
[002引第二步:未知節(jié)點接收數(shù)據(jù)包；
[0029]第S步:未知節(jié)點反饋信息；
[0030] 第四步:錯節(jié)點存儲未知節(jié)點數(shù)據(jù)。
[0031] 進一步的，本發(fā)明所述傳感器節(jié)點的自定位方法，包括如下步驟：
[0032] 第一步:未知節(jié)點基于權重選擇的=邊測量方法進行自我定位；
[0033] 第二步:未知節(jié)點采用網(wǎng)格遞增式優(yōu)化算法進行定位優(yōu)化。
[0034] 有益效果：
[0035] 1、本發(fā)明錯節(jié)點移動方向是遵循60°的倍數(shù)變化，很好地解決了錯節(jié)點共線問題。
[0036] 2、相較于靜態(tài)的路徑規(guī)劃網(wǎng)絡，本發(fā)明減少了總的移動長度，降低了能耗。
[0037] 3、本發(fā)明錯節(jié)點不會在沒有未知節(jié)點的空白區(qū)域運行和廣播自身信息，能夠在有 未知節(jié)點的地方廣播更多的信息，使得有未知節(jié)點的區(qū)域的錯節(jié)點密度增大而提高定位精 度。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明中錯節(jié)點定向天線分配圖。
[0039] 圖2為本發(fā)明中錯節(jié)點運行方向圖。
[0040] 圖3為本發(fā)明中權重S邊測量算法圖。
[0041 ]圖4為本發(fā)明中權重計算示意圖。
[0042] 圖5為本發(fā)明中網(wǎng)格遞增式定位優(yōu)化原理圖。
[0043] 圖6為本發(fā)明中U型網(wǎng)絡動態(tài)路徑仿真圖。
[0044] 圖7為本發(fā)明中Z型網(wǎng)絡動態(tài)路徑仿真圖。
[0045] 圖8為本發(fā)明中錯節(jié)點工作流程圖。
[0046] 圖9為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進一步的詳細說明。
[0048] 本發(fā)明提供了一種基于方向決策的動態(tài)路徑節(jié)點定位方法，該方法包括如下步 驟：
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