CN101241176B - 一种适用于无线传感器网络的三维自身定位方法 - Google Patents

一种适用于无线传感器网络的三维自身定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于无线传感器网络的三维自身定位方法,通过判断任意目标节点Mb是否位于由任意四个可见锚节点组成的四面体的内部,筛选出位置区域P,并计算所有位置区域P的重心集合,并以此重心集合G中所有元素的坐标的平均值作为目标节点Mb在无线传感器网络中的坐标位置。本发明三维自身定位方法无需复杂的测距设备和昂贵的外部设施,且通信协议相对简单,因此是一种低成本、低功耗的无线传感器网络三维自身定位方法。

Description

一种适用于无线传感器网络的三维自身定位方法
技术领域
本发明涉及一种在无线传感器网络中的定位方法,尤其是涉及一种适用于无线传感器网络中的目标节点相对于锚节点的三维自身定位方法。
背景技术
在依赖于位置信息的无线传感器网络应用中,只有掌握了传感器节点的具体位置信息,才能够明确感知数据的实际意义;同时,了解传感器节点的位置有助于实现无线传感器网络基于地理信息的路由与数据查询协议。然而,无线传感器网络一般节点众多,分布区域广泛,部署方式随机,因此不可能预先知道所有传感器节点的位置。所以,无线传感器网络的传感器节点定位问题就显得非常关键。由于传统的全球定位系统GPS(Global Positioning System)采用了价格高昂的无线通讯与时间同步设备,并不适用低成本、低功耗的无线传感器网络,因此传感器节点必须具备自身定位的能力。
现有大部分无线传感器网络采用在二维空间中进行节点定位,而部署在三维空间的无线传感器网络相比于二维空间中的无线传感器网络具有更丰富的位置信息,且网络规模和分布密度也都有所增加,因此现有的二维定位系统受限于功耗与成本,很难推广到实际的三维空间应用中。而代表性的二维定位方法APIT的理论基础是面向二维平面的,并不能直接应用到三维立体空间中。因此需要研究一种节能而且廉价的方法解决三维空间中无线传感器网络的自身定位问题。
发明内容
本发明提出一种适用于无线传感器网络的三维自身定位方法,该定位方法能够在三维空间中有效的估计传感器网络中目标节点的位置,且具有相对较低的通信成本。选取任意四个可见锚节点组成的四面体,并以此判断目标节点是否位于四面体内部,实现无线传感器网络中目标节点的三维位置估计。
在本发明中,无线传感器网络中任意目标节点的三维自身定位执行下列步骤:
步骤一、拾取可见锚节点
无线传感器网络中的锚节点Aa向所述网络内的传感器节点广播信标消息S,能够接收到该信标消息S的目标节点Mb将所述锚节点Aa记为自身的可见锚节点Bba,并在所述目标节点Mb中保存可见锚节点信息SAa
可见锚节点信息SAa是由锚节点Aa的标识号ID、锚节点Aa在网络内的位置信息(XAa,YAa,ZAa)和目标节点Mb接收到锚节点Aa广播信标消息S的信号强度RSSAa(简写为接收信号强度RSSAa)组成;
不失一般性,在无线传感器网络中锚节点与目标节点利用矩阵方式描述它们之间的可见锚节点关系: V = A 11 · · · A 1 n · · · · · · · · · A w 1 · · · A wn , 其中 A ij = 1 , d ij ≤ R 0 , d ij > R ;
步骤二、建立接收信号强度信息表
目标节点Mb与邻居节点Kk交换各自的可见锚节点信息SAa,从而获得目标节点Mb与邻居节点Kk关于可见锚节点Bba的接收信号强度信息表Ib;所述接收信号强度信息表Ib的内容为:
I b = &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; < ID i b , ( X i b , Y i b , Z i b ) , RSS Ai b , { RSS Ki 1 , RSS Ki 2 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; RSS Ki k } > &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ;
步骤三、构建四面体
在目标节点Mb的可见锚节点Bba中任意选取四个可见锚节点组成一个四面体,通过穷举,可见锚节点Bba能够组成的多个四面体记为四面体集合T;
步骤四、判断目标节点是否在一个四面体内部
采用点位于四面体内的近似法则F来获取包含目标节点Mb的四面体作为其在无线传感器网络中的位置区域P;所述点位于四面体内的近似法则F为
对四个以上可见锚节点组成的多个四面体将分别采用上述的点位于四面体内的近似法则F进行一一的位置区域匹配解析,从而得到目标节点Mb是否在步骤三中的四面体集合T内,来得包含目标节点Mb的四面体作为该目标节点Mb在无线传感器网络中的所处位置区域P;
步骤五、选取坐标平均值
计算位置区域P的重心集合,并以此重心集合G中所有元素的坐标的平均值作为目标节点Mb在无线传感器网络中的坐标位置;
重心集合G={Gs|Gs,s=1……np},式中,np表示目标节点Mb的位置区域P所包含的四面体的数目,Gs表示目标节点Mb在位置区域P中的任意一个四面体的重心;所述重心集合G中所有元素的坐标的平均值 ( X Gi &OverBar; , Y Gi &OverBar; , Z Gi &OverBar; ) 的具体计算为:
X G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p X G s n p , Y Gs &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p Y Gs n p , Z G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p Z G s n p .
本发明的三维自身定位方法的优点在于:
1、本发明根据接收信号强度(RSS)判断目标节点相对距离的远近,在判断过程中没有使用任何统计模型来根据接收信号强度计算节点间距离,因此本发明是不基于测量设备的传感器网络自身定位方法。
2、本发明三维自身定位方法的所有定位解析都是在单个传感器节点上进行的,因此是一种分布式的定位方法,避免了集中式的定位方法中大量数据向中心节点传输而造成的能量损耗,从而延长网络寿命,更加符合无线传感器网络对节能的需要。
3、本发明采用低功耗、低成本的传感器节点三维自身定位方法,适合应用于大规模、高密度的无线传感器网络。
4、本发明三维自身定位方法对于不规则的无线信号传输具有较好的鲁棒性。
附图说明
图1是本发明无线传感器网络三维自身定位方法的流程图。
图2是点位于四面体内的近似法则的具体依据的简示图。
图3是点位于四面体外的近似法则的具体依据的简示图。
图4A是判断目标节点在四面体内的简示图。
图4B是判断目标节点在四面体外的简示图。
图5A是定位误差与可见锚节点数目的关系图。
图5B是定位误差与未知节点密度的关系图。
图5C是定位误差与信号不规则度的关系图。
图5D是通信开销与可见锚节点数目的关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明:
本发明是一种适用于无线传感器网络中目标节点位置的三维自身定位方法,通过判断任意目标节点Mb是否位于由任意四个可见锚节点组成的四面体的内部,筛选出位置区域P,并计算所有位置区域P的重心集合,并以此重心集合G中所有元素的坐标的平均值作为目标节点Mb在无线传感器网络中的坐标位置。本发明三维自身定位方法无需复杂的测距设备和昂贵的外部设施,且通信协议相对简单,因此是一种低成本、低功耗的无线传感器网络三维自身定位方法。所述无线传感器网络是由多个传感器节点构成,在无线传感器网络中部署的已知位置的传感器节点记为锚节点,未知位置的传感器节点记为未知节点。
在本发明中,对其中的未知节点进行三维位置估计的节点记为目标节点。在目标节点通讯半径范围内的未知节点记为目标节点的相邻节点。
参见图1所示,适用于无线传感器网络中目标节点位置的三维自身定位方法APIT-3D(Approximate Point-In-Tetrahedron,APIT-3D)中,任意锚节点向网络内的传感器节点(有锚节点、未知节点)广播信标消息;若目标节点能够接收到来自某个锚节点的信标消息,则将该锚节点记录为所述目标节点的可见锚节点。目标节点与邻居节点交换各自的可见锚节点信息,并根据接收信号强度判断自己与邻居节点距离锚节点的远近,从而将周边区域划分为多个互相重叠的四面体,每个四面体由任意四个可见锚节点组成。目标节点通过点位于四面体内的近似法则F判断自己是否位于这个四面体内部。如果目标节点在某个四面体内部,则称这个四面体为该目标节点的一个可能的位置区域,通过计算所有位置区域的重心的坐标平均值,得到目标节点的估计位置。
在本发明的所述无线传感器网络中对任意目标节点Mb的三维自身定位执行下列步骤:
步骤一、拾取可见锚节点
无线传感器网络中的锚节点Aa向所述网络内的传感器节点(既有锚节点,也有未知节点,对任意一个未知节点进行位置定位的节点称为目标节点)广播信标消息S,能够接收到该信标消息S的目标节点Mb将所述锚节点Aa记为自身的可见锚节点Bba,并在所述目标节点Mb中保存可见锚节点信息SAa。可见锚节点信息SAa是由锚节点Aa的标识号ID、锚节点Aa在网络内的位置信息(XAa,YAa,ZAa)和目标节点Mb接收到锚节点Aa广播信标消息S的信号强度RSSAa(简写为接收信号强度RSSAa)组成。
不失一般性,在无线传感器网络中锚节点与目标节点利用矩阵方式描述它们之间的可见锚节点关系: V = A 11 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; A 1 n &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; A w 1 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; A wn , 其中 A ij = 1 , d ij &le; R 0 , d ij > R , 式中,A11表示矩阵中第1行的第1个元素,A1n表示矩阵中第1行的最后一个元素,Aw1表示矩阵中第w行的第1个元素,Awn表示矩阵中第w行的最后一个元素,Aij表示矩阵中第i行的第j个元素(即矩阵中任意的一个元素,表示第j个锚节点与第i个目标节点的可见关系),dij表示目标节点到可见锚节点的距离,R表示锚节点向外发布信息的通信半径。在本发明中,Aij=1表示第j个锚节点是第i个目标节点的可见锚节点,Aij=0表示第j个锚节点不是第i个目标节点的可见锚节点。
在本发明中,锚节点Aa中的a表示锚节点的标识号,采用数字进行编号,如6号锚节点记为A6
在本发明中,可见锚节点Bba是指锚节点Aa广播的信标消息S能否被目标节点Mb接收到,若能够接收到,则该锚节点Aa记为目标节点Mb的可见锚节点Bba。故可见锚节点Bba中的a表示锚节点的标识号,采用数字进行编号,如果6号锚节点A6广播的信标消息S被目标节点Mb接收到,则记为6号可见锚节点Bb6;如果9号锚节点A9广播的信标消息S被目标节点Mb接收到,则记为9号可见锚节点Bb9
在本发明中,信标消息S是以锚节点通讯半径R(R取值为200~500m)进行发布的含有锚节点Aa的标识号ID、锚节点Aa在网络内的位置信息(XAa,YAa,ZAa)。
步骤二、建立接收信号强度信息表
目标节点Mb与邻居节点Kk交换各自的可见锚节点信息SAa,从而获得目标节点Mb与邻居节点Kk关于可见锚节点Bba的接收信号强度信息表Ib;所述接收信号强度信息表Ib的内容为:
I b = &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; < ID i b , ( X i b , Y i b , Z i b ) , RSS Ai b , { RSS Ki 1 , RSS Ki 2 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; RSS Ki k } > &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; , 式中,IDi b表示目标节点Mb的第i个可见锚节点的标识,(Xi b,Yi b,Zi b)表示目标节点Mb的第i个可见锚节点的位置坐标,RSSAi b表示目标节点Mb相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,RSSKi 1表示目标节点Mb的第1个邻居节点相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,RSSKi 2表示目标节点Mb的第2个邻居节点相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,RSSKi k表示目标节点Mb的第k个邻居节点相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,其中,若目标节点Mb的第i个可见锚节点不是邻居节点Kk的可见锚节点,则 RSS Ki k = 0 .
在本发明中,邻居节点是指在目标节点通讯半径r(r取值为50~100m)内的未知节点。
步骤三、构建四面体
在目标节点Mb的可见锚节点Bba中任意选取四个可见锚节点组成一个四面体,通过穷举,可见锚节点Bba能够组成的多个四面体记为四面体集合T。
在本发明中,若目标节点Mb周边有5个可见锚节点(即1号可见锚节点Bb1、2号可见锚节点Bb2、3号可见锚节点Bb3、4号可见锚节点Bb4、5号可见锚节点Bb5),则有5个四面体,数学表示为C5 4
步骤四、判断目标节点是否在一个四面体内部
采用点位于四面体内的近似法则F来获取包含目标节点Mb的四面体作为其在无线传感器网络中的位置区域P;所述点位于四面体内的近似法则F为
Figure S2008101016637D00062
式中,m,n,p,q分别表示任意的四个可见锚节点,这四个可见锚节点组成一个四面体,RSSBm b表示目标节点Mb关于第m可见锚节点的接收信号强度,RSSKm k表示第k邻居节点关于第m可见锚节点的接收信号强度,RSSBn b表示目标节点Mb关于第n可见锚节点的接收信号强度,RSSKn k表示第k邻居节点关于第n可见锚节点的接收信号强度,RSSBp b表示目标节点Mb关于第p可见锚节点的接收信号强度,RSSKp k表示第k邻居节点关于第p可见锚节点的接收信号强度,RSSBq b表示目标节点Mb关于第q可见锚节点的接收信号强度,RSSKq k表示第k邻居节点关于第q可见锚节点的接收信号强度。
在本发明中,若点位于四面体内的近似法则F=1表示目标节点位于一个四面体的内部;若点位于四面体内的近似法则F=0表示目标节点位于一个四面体的外部。
在本发明中,四个以上可见锚节点组成的多个四面体将分别采用上述的点位于四面体内的近似法则F进行一一的位置区域匹配解析,从而得到目标节点Mb是否在步骤三中的四面体集合T内,来得包含目标节点Mb的四面体作为该目标节点Mb在无线传感器网络中的所处位置区域P;
步骤五、选取坐标平均值
计算位置区域P的重心集合,并以此重心集合G中所有元素的坐标的平均值作为目标节点Mb在无线传感器网络中的坐标位置。
重心集合G={Gs|Gs,s=1……np},式中,np表示目标节点Mb的位置区域P所包含的四面体的数目,Gs表示目标节点Mb在位置区域P中的任意一个四面体的重心。
在本发明中,重心集合G中所有元素的坐标的平均值 ( X Gi &OverBar; , Y Gi &OverBar; , Z Gi &OverBar; ) 的具体计算为: X G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p X G s n p , Y G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p Y G s n p , Z G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p Z G s n p .
在本发明中,对步骤四中点位于四面体内的近似法则F的具体依据说明如下(参见图2所示):
令点M在▲ABCD内部任意移动一小段距离,新位置记为点X,则分为以下两种不同的情况考虑:
(1)点X位于AM、BM、CM或DM中的任意一条线段上。在不失一般性的前提下,假设点X在AM上,命名为点Y,显而易见,AY<AM,即新位置点X比点M更靠近顶点A,得证。
(2)点X位于▲MABC、▲MBCD、▲MACD或▲MABD的任意一个四面体内部。同样,可以不失一般性的假设点X位于▲MABC内部。从点M做△ABC(△表示三角形)所在平面的垂线,该垂线与平面的交点记为点Z。尽管点Z可能位于△ABC的内部或者外部,但易于证明,这并不与WLOG前提冲突。发明人仍然分为两种情况考虑:
①点X在线段MZ上,命名为点R。由于ZR<ZM,则根据勾股定理,BR<BM,说明新位置更靠近顶点B,得证。
②点X位于▲MABZ、▲MBCZ或▲MACZ中的任意一个四面体内部,根据WLOG,假设点X位于▲MBCZ的内部,命名为点S,经点S作△BCZ所在平面的垂线,交于点T,且点T位于△BCZ内部。在△BCZ中,可以假设:BT≥BZ且CT≥CZ。则可以得到∠BZC≥∠BTZ+∠CTZ>π,显然这是矛盾的,因此,假设不成立,即BT<BZ和CT<CZ中至少有一个成立,假设BT<BZ。因为ST<MZ,则根据勾股定理,BS<BM,说明新位置更靠近顶点B,得证。
连接线段AX、BX、CX和DX,同理可证明点M比点X更靠近A、B、C和D中至少一个顶点,即点M的新位置比点M更远离至少一个顶点。
参见图3所示,对▲ABCD外部的任意一个点M来说,四面体的四个平面总会有一个平面使得第四个顶点与点M分别位于这个平面的两侧。在不失一般性的前提下,假设△ABC所在平面即为此平面,点M与顶点D分别位于此平面的两侧。从点M做此平面的垂线,交点为Y。当点M沿此垂线向上移动到点X时,根据勾股定理,AX<AM、BX<BM、CX<CM且DX<DM,说明新位置同时靠近所有四个顶点A、B、C和D;若点选择此垂线作为点M的移动线路,当新位置X位于点M沿此垂线向下移动到点Z时,同理可证新位置同时远离所有四个顶点A、B、C和D,得证。
参见图4A、图4B所示,若与某点M的所有邻居节点没有一个比M同时接近或远离▲ABCD所有的四个顶点A、B、C和D,则点M认为自己位于▲ABCD的内部(如图4A);否则,点M认为自己位于▲ABCD的外部(如图4B)。
本发明三维自身定位方法中涉及的伪代码如下:
    Receive location beacons{(xi,yi,zi)}from N anchors
    Exchange N anchors RSS and Location information with neighboring
sensor nodes
    PLASet=Φ//the set of tetrahedrons in which I reside,also
denoted as Possible Location Area
    For ( e achtetrahedronTi &Element; N 4 tetrahedrons ) {
 If(APIT-3D(Ti)==TRUE)
         PLASet=PLASet∪{Ti}
 If(Tested Num(PLASet)==MAX)break
}
/*Center of gravity(COG)calculation */
Estimated Position=(COG∩(PLASet))
本发明三维自身定位方法充分利用了传感器节点密集分布的特点,而这正是无线传感器网络最重要的特性之一,因此,在真实的网络环境中实现本发明APIT-3D是完全可行的。此外,由于本发明三维自身定位方法是在单个传感器节点上进行的,因此是一种分布式的定位方法,避免了大量数据向中心节点传输而造成的能量损耗,从而延长网络寿命,更加符合无线传感器网络对低功耗、低成本的需要。
在本发明的仿真实验与性能评估示意图中,采用Matlab对本发明三维自身定位方法进行仿真实验。实验中评估了以下实验参数对定位方法性能的影响:
1、目标节点密度(Node Density,ND):每个传感器节点的通讯半径区域内的平均节点数目;
2、可见锚节点数目(Anchor Heard,AH):每个传感器节点能够接收到信标的锚节点数目;
3、锚节点与传感器节点的通讯半径比(Anchor to Node Range Ratio,ANR);
4、无线信号不规则度DOI。
图5A是定位误差随着可见锚节点AH数目的变化曲线图。此图表明,定位精度随着可见锚节点数目的增多而逐渐提高。此外,还可以从图中发现,ANR越小,APIT-3D的定位性能表现的越好,这是因为ANR越大,意味着锚节点分布的越稀疏,误差累计就越大,从而定位精度也就越低。当AH≥40时,定位精度均可以控制在0.4R左右,这是一般无线传感器网络可以接受的定位精度。
图5B是定位误差随着未知节点数目的变化曲线图。此图表明,定位精度随着未知节点数目的增多而逐渐提高。此外,还可以从图中发现,ANR越小,APIT-3D算法的定位性能表现的越好,这是因为ANR越大,意味着锚节点分布的越稀疏,误差累计就越大,从而定位精度也就越低。当AH≥40时,定位精度均可以控制在0.4R左右,这是业内认为的一般无线传感器网络可以接受的定位精度。
图5C描述了定位误差与信号传输不规则度DOI的变化关系。从图中可见,定位结果随着DOI的增大而略有恶化,这是因为信号传输的不规则会使得目标节点对锚节点的距离远近做出误判,导致APIT-3D测试的错误率上升,从而降低了定位精度。但是APIT(二维定位方法)不依赖节点间的跳数,因此DOI对APIT-3D的定位精度影响并不十分剧烈,这说明APIT-3D定位方法对于信号传输的不规则性具有较好的鲁棒能力。
图5D描述了实验中两种定位方法的通信开销随着可见锚节点数目的变化趋势。本实验在无通信冲突的传感器网络中,分别使用APIT和APIT-3D方法定位单个目标节点的通信开销情况。假设目标节点每发送一个字节的数据消耗1个单位的能量,而由于锚节点的通讯半径是传感器节点通讯半径的ANR倍,则可以粗糙的认为锚节点每发送一个字节的功耗是ANR2个单位。在二维空间中,假设目标节点接收到的可见锚节点的信标消息长度为B(α),目标节点与邻居节点彼此交互可见锚节点位置信息表的交换消息长度为S(β),则此次定位过程的通信开销为:
ComCostAPIT=ANR4×AH×ND×B(α)+ND×S(β)                     (1)
而在三维空间中,节点坐标比在二维空间中要增加一个单位的消息长度,因此APIT-3D方法定位单个目标节点的通信开销为:
ComCostAPIT-3D=ANR4×AH×ND×(B(α)+1)+ND×(S(β)+1)          (2)
公式(1)与公式(2)相减,得到APIT-3D方法与APIT方法定位单个节点时的通信开销之差:
ΔComCost=ANR4×AH×ND+ND                                     (3)
由公式(3)可见,在ANR与ND一定的情况下,三维定位比二维定位有较大的通信开销,增加量随着可见锚节点数目的增多呈线性增加的趋势。但由于三维定位比二维定位需要更丰富的位置信息和更高的协议复杂度,因此这种线性增加的通信开销是合理的并可以接受的。从图7D可见实验结果与公式(3)是吻合的。

Claims (4)

1.一种适用于无线传感器网络中目标节点位置的三维自身定位方法,其特征在于有下列定位步骤:
步骤一、拾取可见锚节点
无线传感器网络中的锚节点Aa向所述网络内的传感器节点广播信标消息S,能够接收到该信标消息S的目标节点Mb将所述锚节点Aa记为自身的可见锚节点Bba,并在所述目标节点Mb中保存可见锚节点信息SAa
可见锚节点信息SAa是由锚节点Aa的标识号ID、锚节点Aa在网络内的位置信息(XAa,YAa,ZAa)和目标节点Mb接收到锚节点Aa广播信标消息S的信号强度RSSAa(简写为接收信号强度RSSAa)组成;
在无线传感器网络中锚节点与目标节点利用矩阵方式描述它们之间的可见锚节点关系:
Figure FSB00000156812600011
其中
Figure FSB00000156812600012
式中,A11表示矩阵中第1行的第1个元素,A1n表示矩阵中第1行的最后一个元素,Aw1表示矩阵中第w行的第1个元素,Awn表示矩阵中第w行的最后一个元素,Aij表示第j个锚节点与第i个目标节点的可见关系,dij表示目标节点到可见锚节点的距离,R表示锚节点向外发布信息的通信半径;在本发明中,Aij=1表示第j个锚节点是第i个目标节点的可见锚节点,Aij=0表示第j个锚节点不是第i个目标节点的可见锚节点;
步骤二、建立接收信号强度信息表
目标节点Mb与邻居节点Kk交换各自的可见锚节点信息SAa,从而获得目标节点Mb与邻居节点Kk关于可见锚节点Bba的接收信号强度信息表Ib;所述接收信号强度信息表Ib的内容为:
Figure FSB00000156812600013
式中,
Figure FSB00000156812600014
表示目标节点Mb的第i个可见锚节点的标识,
Figure FSB00000156812600015
表示目标节点Mb的第i个可见锚节点的位置坐标,
Figure FSB00000156812600016
表示目标节点Mb相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB00000156812600017
表示目标节点Mb的第1个邻居节点相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB00000156812600021
表示目标节点Mb的第2个邻居节点相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB00000156812600022
表示目标节点Mb的第k个邻居节点相对于Mb的第i个可见锚节点的接收信号强度,其中,若目标节点Mb的第i个可见锚节点不是邻居节点Kk的可见锚节点,则
步骤三、构建四面体
在目标节点Mb的可见锚节点Bba中任意选取四个可见锚节点组成一个四面体,通过穷举,可见锚节点Bba能够组成的多个四面体记为四面体集合T;
步骤四、判断目标节点是否在一个四面体内部
采用点位于四面体内的近似法则F来获取包含目标节点Mb的四面体作为其在无线传感器网络中的位置区域P;所述点位于四面体内的近似法则F为
Figure FSB00000156812600024
式中,m,n,p,q分别表示任意的四个可见锚节点,这四个可见锚节点组成一个四面体,
Figure FSB00000156812600025
表示目标节点Mb关于第m可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB00000156812600026
表示第k邻居节点关于第m可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB00000156812600027
表示目标节点Mb关于第n可见锚节点的接收信号强度,表示第k邻居节点关于第n可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB00000156812600029
表示目标节点Mb关于第p可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB000001568126000210
表示第k邻居节点关于第p可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB000001568126000211
表示目标节点Mb关于第q可见锚节点的接收信号强度,
Figure FSB000001568126000212
表示第k邻居节点关于第q可见锚节点的接收信号强度;
步骤五、选取坐标平均值
计算位置区域P的重心集合,并以此重心集合G中所有元素的坐标的平均值作为目标节点Mb在无线传感器网络中的坐标位置;
重心集合G={Gs|Gs,s=1……np},式中,np表示目标节点Mb的位置区域P所包含的四面体的数目,Gs表示目标节点Mb在位置区域P中的任意一个四面体的重心;
所述重心集合G中所有元素的坐标的平均值
Figure FSB000001568126000213
的具体计算为:
X G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p X G s n p , Y G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p Y G s n p , Z G s &OverBar; = &Sigma; s = 1 n p Z G s n p .
2.根据权利要求1所述的目标节点位置的三维自身定位方法,其特征在于:信标消息S的锚节点通讯半径R为200~500m。
3.根据权利要求1所述的目标节点位置的三维自身定位方法,其特征在于:邻居节点是指在目标节点通讯半径r为50~100m内的未知节点。
4.根据权利要求1所述的目标节点位置的三维自身定位方法,其特征在于:点位于四面体内的近似法则F=1表示目标节点位于一个四面体的内部;点位于四面体内的近似法则F=0表示目标节点位于一个四面体的外部。
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