CN102685887B - 一种无线传感网络中节点定位的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线传感网络中节点定位的方法，包括：分别计算待定位节点与各锚节点之间的距离；构造多种具有预设数量锚节点的锚节点组合；计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标；计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合；通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度；根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子；利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标。本发明还提供了一种无线传感网络中节点定位的装置和系统。本发明提供的方法、装置和系统降低了复杂环境中待定位节点的定位误差，提高了定位精度。

Description

一种无线传感网络中节点定位的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及地域监测技术领域，尤其涉及一种无线传感网络中节点定位的方法、装置及系统。

背景技术

无线传感网络，是指大量静止或移动的传感器以自组织和多跳方式构成的无线网络，其作用是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内所感知对象的监测信息，如温度、湿度、压力和应变等参数，并将监测信息报告给用户。

当利用无线传感网络实现温度、湿度、压力和应变等参数的监测时，各参数对应的位置信息是必不可少的，如果缺少各参数对应的位置信息，那么无线传感网络所监测到的参数信息将变成无用信息，因此，确定无线传感网络中传感器节点的位置信息是至关重要的。为了确定无线传感网络中传感器节点的位置，最简单便捷的方法是：为每个传感器节点装配GPS定位设备。然而，由于实际应用中通常需要部署成千上万个传感器节点，因此，为每个传感器节点装配GPS定位设备将极大地提高利用无线传感网络进行监控的成本。

现有技术中，为了节约利用无线传感网络进行监控的成本，通常仅为部分传感器节点装配GPS定位设备，这部分装配了GPS定位设备的传感器节点成为锚节点，其余未装配GPS定位设备的待定位的传感器节点为待定节点，待定节点的位置根据锚节点的位置进行估算，估算的方法通常为：首先测量待定节点与锚节点之间的间隔距离，同时获取锚节点的位置坐标，然后利用锚节点的位置坐标以及测量得到的待定节点与锚节点之间的间隔距离值估算待定节点的位置坐标。由于现有技术提供的方法中，通常假设节点之间的测距误差较小或满足某种事先给定的概率分布特征如高斯分布，然后基于该假设条件估算位置节点的位置坐标，因此，现有技术提供的方法仅适用于障碍物较少，电磁干扰较弱等简单电磁环境的应用领域，而对于室外雨雾天气，战场环境条件下敌方干扰等复杂电磁环境，无线测距会出现较大的测量误差，而且可能出现错误的测量数据，使得通过现有技术提供的方法所估算的节点位置准确率降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无线传感网络中节点定位的方法、装置及系统，用以解决复杂电磁环境下通过现有技术提供的方法所估算的节点位置准确率降低的问题。其技术方案如下：

一种无线传感网络中节点定位的方法，包括：

利用无线信号衰减模型以及待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号，分别计算所述待定位节点与各锚节点之间的距离，所述无线信号携带有相应锚节点的位置坐标；

构造多种具有预设数量锚节点的锚节点组合；

根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与所述待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标；

计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合；

通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度；

根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子；

利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标。

所述待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号中还携带有相应锚节点发送该无线信号的发射功率；

相应的，所述无线信号衰减模型具体为：

$q=\frac{p}{d^{\mathrm{\α}}}$

其中，p为相应锚节点发送无线信号的发射功率，q为待定位节点接收到的相应锚节点的无线信号功率，d为相应锚节点与待定位节点之间的距离，α为信号衰减因子。

所述根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与所述待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标所采用的方法为最小二乘法。

所述通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度具体为：将每个初始位置坐标对应的距离集合中的距离值进行升序排序；根据每个排序后的距离集合确定与该排序后的距离集合对应的初始位置坐标的离散度。

根据每个排序后的距离集合确定与该排序后的距离集合对应的初始位置坐标的离散度具体为：将每个排序后的距离集合中的第个距离值作为对应的初始位置坐标的离散度，其中，n为所有锚节点的数量，m为每种锚节点组合中锚节点的数量。

所述利用每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子具体为：判断每个初始位置坐标的离散度是否大于设定阈值，如果是，则设定相应初始位置坐标的权重因子为0；否则，设定相应初始位置坐标的权重因子为1。

所述利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标具体为：通过下式计算待定位极点的最终位置坐标：

$(\mathrm{ux},\mathrm{uy})=\underset{i=1}{\overset{C_n^m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i({\mathrm{ux}}_i,{\mathrm{uy}}_i)$

其中，(ux,uy)为待定位节点的最终位置坐标，(ux_i,uy_i)为第i个初始位置坐标，ω_i为第i个初始位置坐标的权重因子，为当m个锚节点构成一种锚节点组合时存在的锚节点组合的数量。

一种无线传感网络中节点定位的装置，包括：

第一计算模块，用于利用无线信号衰减模型以及待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号，分别计算所述待定位节点与各锚节点之间的距离，所述无线信号携带有相应锚节点的位置坐标；

构造模块，用于构造多种具有预设数量锚节点的锚节点组合；

第二计算模块，用于根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与所述待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标；

第三计算模块，用于计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合；

第一确定模块，用于通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度；

第二确定模块，用于根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子；

第四计算模块，用于利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标。

一种无线传感网络中节点定位的系统，包括上述的无线传感网络中节点定位的装置。

本发明提供一种无线传感网络中节点定位的方法、装置和系统，与现有技术相比，本发明考虑了无线传感器网络的节点定位过程中可能存在较大的测距误差和错误的测量数据的问题，因此，在根据无线信号衰减模型和各锚节点所发射无线信号计算出待定位节点与各锚节点之间距离后，根据所计算出的距离以及锚节点位置坐标确定出待定位节点的多个初始位置坐标，进而对各初始位置坐标进行后续的定量评估，最后根据评估结果，通过权重法确定待定位节点的最终的位置坐标。在本发明提供的方法中，通过对待定位节点的各个初始位置坐标的定量评估，可以有效地剔除距离误差较大的测量数据和错误的测量数据，进而实现在复杂电磁环境下准确定位无线传感器网络中节点的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无线传感网络中节点定位的流程图；

图2为本发明实施例提供的无线传感网络中的9个传感器节点在20m×20m的监测区域内的部署位置示意图；

图3为图2中的待定位节点的初始位置坐标的分布图；

图4为本发明实施例提供的无线传感网络中节点定位的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种无线传感网络中节点定位的方法，图1为该方法的流程图，该方法包括：

S11：利用无线信号衰减模型以及待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号，分别计算待定位节点与各锚节点的距离。其中，各个锚节点发送的无线信号中携带有相应锚节点的位置坐标以及相应锚节点发送无线信号的发射功率。

在实际应用中，由于监测环境中复杂电磁的影响，并不是所有锚节点发送的无线信号都能被待定位节点接收，因此步骤S11中“分别计算定位节点与各锚节点的距离”中的锚节点为待定位节点所接收到的无线信号所对应的锚节点。

在本实施例中，无线信号衰减模型为：

$q=\frac{p}{d^{\mathrm{\α}}}$

其中，p为相应锚节点发送无线信号的发射功率，q为待定位节点接收到的相应锚节点的无线信号功率，d为相应锚节点与待定位节点之间的距离，α为信号衰减因子。在本实施例中，α的取值优选为2，当然本实施例并不限定α的值为2，其可以根据不同的应用场景而取不同的值。

S12：构造多种具有预设数量锚节点的锚节点组合。

假设待定位节点收到n个锚节点发送的信号，并且设定n个锚节点中的任意m个锚节点构成一种锚节点组合，此时将存在种组合。

S13：根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标。

在本实施例中，使用最小二乘法计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标。当然，本实施例并不限定计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标的方法为最小二乘法，当获知每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与待定位节点之间的距离后，还可采用其它的方法计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标。

S14：计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合。

在本实施例中，计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离通过下式计算：

S_ij=|(ux_i,uy_i)-(ux_j,uy_j)|

其中，(ux_i,uy_i)为第i个初始位置坐标，(ux_j,uy_j)为第j个初始位置坐标，S_ij为第i个初始位置到第j个初始位置的距离。

第i个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离组成与第i个初始位置坐标相对应的距离集合S_i。

S15：通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度，将每个初始位置坐标的离散度作为每个初始位置坐标的评估依据。

在本实施例中，通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度具体为：将每个初始位置坐标对应的距离集合中的距离值进行升序排序，然后根据每个排序后的距离集合确定与该排序后的距离集合对应的初始位置坐标的离散度。

进一步地，根据每个排序后的距离集合确定与该排序后的距离集合对应的初始位置坐标的离散度具体为：将每个排序后的距离集合中的第个距离值作为对应的初始位置坐标的离散度，其中，n为待定位节点所接收到的无线信号所对应的所有锚节点的数量，m为每种锚节点组合中锚节点的数量。

以第i个初始位置坐标为例，对与第i个初始位置坐标相对应的距离集合S_i进行升序排序后得到排序后的距离集合L_i，然后根据L_i利用下式计算第i个初始位置坐标和与其相邻的初始坐标的离散度R_i：

$R_i=L_{{\mathrm{iC}}_{\mathrm{mod}(n/2)}^m}$

其中，mod()是取整运算，mod(n/2)是允许最低正确测距的个数。R_i即为第i个初始位置坐标的评估依据。

S16：根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子。

在本实施例中，根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子具体为：判断每个初始位置的离散度是否大于设定阈值，如果是，则设定相应初始位置坐标的权重因子为0；否则，设定相应初始位置坐标的权重因子为1。

同样以第i个初始位置坐标为例，判断R_i是否大于设定阈值R₀，如果是，则设定第i个初始位置坐标的权重因子ω_i为0，否则，设定第i个初始位置坐标的权重因子ω_i为1。

S17：利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标。

在本实施例中，根据步骤S16得到的每个初始位置坐标的权重因子对相应初始位置坐标进行加权处理即可得到待定位节点的最终位置坐标，待定位节点的最终位置坐标通过下式计算：

$(\mathrm{ux},\mathrm{uy})=\underset{i=1}{\overset{C_n^m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i({\mathrm{ux}}_i,{\mathrm{uy}}_i)$

其中，(ux,uy)为待定位节点的最终位置坐标，(ux_i,uy_i)为第i个初始位置坐标，ω_i为第i个初始位置坐标的权重因子，n为待定位节点收到的无线信号所对应的所有锚节点的数量，为当任意m个锚节点构成一种锚节点组合时存在的锚节点的组合数。

下面通过一个具体的例子对本发明实施例提供的方法做进一步介绍。如图2所示，在20m×20m的监测区域内，部署10个传感器节点，其中“o”s1-s9为9个锚节点，“*”为1个待定位节点，假设9个锚节点的位置分别为：s1(0,0)，s2(0,10)，s3(0,20)，s4(10,0)，s5(10,10)，s6(10,20)，s7(20,0)，s8(20,10)，s9(20,20)，并且假设待定位节点的位置坐标为(5,5)。

9个锚节点周期地发射无线信号，锚节点发射的无线信号中包括：锚节点的位置坐标s1-s9，以及无线信号发射功率p，在此假设所有锚节点的发射功率p相同。待定位节点接收锚节点发射的无线信号，假设待定位节点接收到的无线信号的功率为q。确定待定位节点的坐标的过程具体为：

(1)根据无线信号衰减模型

$q=\frac{p}{d^{\mathrm{\α}}}$

分别计算待定位节点与锚节点s1-s9之间的距离d，其中衰减因子α的取值为2。

通过计算可得到待定位节点与锚节点s1-s9之间的距离依次为：

d1=7.0666，d2=7.0666，d3=15.7932，d4=7.0397，d5=7.0397，d6=15.6843，d7=15.7693，d8=15.7693，d9=20.9283，考虑到实际复杂环境中可能出现较大测距误差和错误测距的情况，假设d1=7.4390，d1=7.2647，d2=34.7396，d3=28.3366，d4=28.3366，d5=7.9913，d6=16.6046，d7=15.8220，d8=16.5072，d9=50.0521，其中，d3，d4和d9测距出现错误，其它测距有较小误差。

(2)构造锚节点组合，设定9个锚节点中的任意3个锚节点构成一种锚节点组合，此时存在即84种组合，84种组合分别为：

(s1,s2,s3)，(s1,s2,s4)，(s1,s2,s5)，(s1,s2,s6)，(s1,s2,s7)，(s1,s2,s8)，(s1,s2,s9)

(s1,s3,s4)，(s1,s4,s5)，(s1,s4,s6)，(s1,s4,s7)，(s1,s4,s8)，(s1,s3,s9)，

(s1,s4,s5)，(s1,s4,s6)，(s1,s4,s7)，(s1,s4,s8)，(s1,s4,s9)，

(s1,s5,s6)，(s1,s5,s7)，(s1,s5,s8)，(s1,s5,s9)，

(s1,s6,s7)，(s1,s6,s8)，(s1,s6,s9)，

(s1,s7,s8)，(s1,s7,s9)，

(s1,s8,s9)；

(s2,s3,s4)，(s2,s3,s5)，(s2,s3,s6)，(s2,s3,s7)，(s2,s3,s8)，(s2,s3,s9)，

(s2,s4,s5)，(s2,s4,s6)，(s2,s4,s7)，(s2,s4,s8)，(s2,s4,s9)，

(s2,s5,s6)，(s2,s5,s7)，(s2,s5,s8)，(s2,s5,s9)，

(s2,s6,s7)，(s2,s6,s8)，(s2,s6,s9)，

(s2,s7,s8)，(s2,s7,s9)，

(s2,s8,s9)；

(s3,s4,s5)，(s3,s4,s6)，(s3,s4,s7)，(s3,s4,s8)，(s3,s4,s9)，

(s3,s5,s6)，(s3,s5,s7)，(s3,s5,s8)，(s3,s5,s9)，

(s3,s6,s7)，(s3,s6,s8)，(s3,s6,s9)；

(s3,s7,s8)，(s3,s7,s9)，

(s3,s8,s9)；

(s4,s5,s6)，(s4,s5,s7)，(s4,s5,s8)，(s4,s5,s9)，

(s4,s6,s7)，(s4,s6,s8)，(s4,s6,s9)；

(s4,s7,s8)，(s4,s7,s9)，

(s4,s8,s9)；

(s5,s6,s7)，(s5,s6,s8)，(s5,s6,s9)，

(s5,s7,s8)，(s5,s7,s9)，

(s5,s8,s9)；

(s6,s7,s8)，(s6,s7,s9)，

(s6,s8,s9)；

(s7,s8,s9)。

(3)对上述84种锚节点组合，利用最小二乘法计算待定位节点的初始位置坐标，得到的初始位置坐标的分布如图3所示。

(4)根据

S_ij=|(ux_i,uy_i)-(ux_j,uy_j)|

计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合S_i(i＝1,2,3…84)。

(5)将每个初始位置坐标对应的距离集合S_i(i＝1,2,3…84)中的距离值进行升序排序得到L_i(i=1,2,3…84)，然后根据

$R_i=L_{{\mathrm{iC}}_{\mathrm{mod}(n/2)}^m}$

计算每个初始位置坐标和与其相邻的初始位置坐标的离散度R_i(i=1,2,3…84)，与每个初始位置对应的离散度R_i(i=1,2,3…84)作为每个初始位置的评估依据，计算得到R_i(i=1,2,3…84)的值如表1所示。

表1

R1=16.6573	R2=23.4093	R3=0.3026	R4=0.3043
				R5=0.1901	R6=0.2164	R7=23.3491	R8=19.6074
R9=21.0485	R10=25.5730	R11=19.5437	R12=21.3340
				R13=20.0559	R14=24.6165	R15=26.9937	R16=14.6015

R17=37.9564	R18=23.1224	R19=0.7901	R20=0.3322
				R21=0.4614	R22=9.8956	R23=0.2124	R24=13.1796
R25=33.1983	R26=33.1983	R27=14.5839	R28=28.1959
				R29=42.6395	R30=36.1777	R31=36.1777	R32=20.0070
R33=13.0867	R34=13.5480	R35=24.4737	R36=17.2315
				R37=33.7696	R38=24.4406	R39=23.4210	R40=0.4743
R41=0.5316	R42=9.3426	R43=13.5480	R44=0.2115
				R45=0.2921	R46=48.8614	R47=0.2164	R48=15.8683
R49=13.0867	R50=40.5907	R51=19.7231	R52=17.5742
				R53=19.7231	R54=12.0635	R55=19.8075	R56=6.9867
R57=12.6253	R58=8.5722	R59=22.7138	R60=31.4549
				R61=13.8785	R62=19.8035	R63=15.4498	R64=13.1796
R65=24.8746	R66=21.0690	R67=24.4816	R68=52.2451
				R69=16.4813	R70=16.9649	R71=28.2334	R72=18.2902
R73=24.5841	R74=50.5312	R75=0.8190	R76=0.4745
				R77=27.0032	R78=0.2477	R79=24.1870	R80=12.9965
R81=0.3614	R82=33.2572	R83=42.9860	R84=16.8865

(6)设定阈值R₀为3.5，比较表1中的R_i(i=1,2,3…84)与R₀的大小关系，如果R_i>R₀，则相应的权重因子ω_i=0，如果R_i<R₀，则相应的权重因子ω_i=1，通过比较得到84个权重因子的值如下表2所示。

表2

ω1=0	ω2=0	ω3＝1	ω4=1
				ω5=1	ω6=1	ω7=0	ω8=0
ω9=0	ω10=0	ω11=0	ω12=0
				ω13=0	ω14=0	ω15=0	ω16=0
ω17=0	ω18=0	ω19=1	ω20=1
				ω21=1	ω22=0	ω23=1	ω24=0

ω25=0	ω26=0	ω27=0	ω28=0
				ω29=0	ω30=0	ω31=0	ω32=0
ω33=0	ω34=0	ω35=0	ω36=0
				ω37=0	ω38=0	ω39=0	ω40=1
ω41=1	ω42=0	ω43=0	ω44=1
				ω45=1	ω46=0	ω47=1	ω48=0
ω49=0	ω50=0	ω51=0	ω52=0
				ω53=0	ω54=0	ω55=0	ω56=0
ω57=0	ω58=0	ω59=0	ω60=0
				ω61=0	ω62=0	ω63=0	ω64=0
ω65=0	ω66=0	ω67=0	ω68=0
				ω69=0	ω70=0	ω71=0	ω72=0
ω73=0	ω74=0	ω75=1	ω76=1
				ω77=0	ω78=1	ω79=0	ω80=0
ω81=1	ω82=0	ω83=0	ω84=0

(7)利用权重法，根据表2中的权重因子，通过

$(\mathrm{ux},\mathrm{uy})=\underset{i=1}{\overset{84}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_i({\mathrm{ux}}_i,{\mathrm{uy}}_i)$

计算待定位节点的最终位置坐标，得到待定位节点的最终坐标为(ux,uy)=(5.3214,5.0516)

待定位节点的真实坐标为(5,5)，通过本发明提供的方法计算得到的坐标为(5.3214,5.0516)，位置估算误差为0.3255，达到了较高的定位精度，而通过现有技术提供的方法估算出的待定位节点的位置坐标为(1.3729,8.0036)，位置估算误差为15.2778，对比两种方法计算得到的结果可以明显看出，本发明提供的定位方法大大降低了待定位节点的定位误差，提高了节点定位精度。

本发明实施例还提供了一种无线传感网络中节点定位的装置，图4为该装置的结构示意图，该定位装置包括：第一计算模块11、构造模块12、第二计算模块13、第三计算模块14、第一确定模块15、第二确定模块16和第四计算模块17。

其中，第一计算模块11，用于利用无线信号衰减模型以及待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号，分别计算待定位节点与各锚节点之间的距离，无线信号携带有相应锚节点的位置坐标；构造模块12，用于构造多种具有预设数量锚节点的锚节点组合；第二计算模块13，用于根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标；第三计算模块14，用于计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合；第一确定模块15，用于通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度；第二确定模块16，用于根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子；第四计算模17，用于利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标。

本发明实施例还提供了一种包括上述无线传感网络中节点定位的装置的无线传感网络中节点定位的系统。

本发明提供的无线传感网络中节点定位的方法、装置和系统，考虑了无线传感器网络的节点定位过程中可能存在较大的测距误差和错误的测量数据的问题，因此，在根据无线信号衰减模型和各锚节点所发射无线信号计算出待定位节点与各锚节点之间距离后，根据所计算出的距离以及锚节点位置坐标确定出待定位节点的多个初始位置坐标，进而对各初始位置坐标进行后续的定量评估，最后根据评估结果，通过权重法确定待定位节点的最终的位置坐标。在本发明提供的方法中，通过对待定位节点的各个初始位置坐标的定量评估，可以有效地剔除距离误差较大的测量数据和错误的测量数据，进而实现在复杂电磁环境下准确定位无线传感器网络中节点的目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种无线传感网络中节点定位的方法，其特征在于，包括：

利用无线信号衰减模型以及待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号，分别计算所述待定位节点与各锚节点之间的距离，所述无线信号携带有相应锚节点的位置坐标；

构造多种具有预设数量锚节点的锚节点组合；

根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与所述待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标；

计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合；

其中，计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离通过下式计算：

Si_j＝|(ux_i,uy_i)-(ux_j,uy_j)|

其中，(ux_i,uy_i)为第i个初始位置坐标，(ux_j,uy_j)为第j个初始位置坐标，S_ij为第i个初始位置到第j个初始位置的距离，

第i个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离组成与第i个初始位置坐标相对应的距离集合S_i；

通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度，包括：

将每个初始位置坐标对应的距离集合中的距离值进行升序排序；

将每个排序后的距离集合中的第个距离值作为对应的初始位置坐标的离散度，其中，n为待定位节点接收到的无线信号所对应的所有锚节点的数量，m为每种锚节点组合中锚节点的数量；

根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子；

利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号中还携带有相应锚节点发送该无线信号的发射功率；

相应的，所述无线信号衰减模型具体为：

$q=\frac{p}{d^{\mathrm{\&alpha;}}}$

其中，p为相应锚节点发送无线信号的发射功率，q为待定位节点接收到的相应锚节点的无线信号功率，d为相应锚节点与待定位节点之间的距离，α为信号衰减因子。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与所述待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标所采用的方法为最小二乘法。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子具体为：

判断每个初始位置坐标的离散度是否大于设定阈值，如果是，则设定相应初始位置坐标的权重因子为0；否则，设定相应初始位置坐标的权重因子为1。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标具体为：

通过下式计算待定位极点的最终位置坐标：

$(\mathrm{ux},\mathrm{uy})=\underset{i=1}{\overset{C_n^m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&omega;}}_i(u{x}_i,u{y}_i)$

其中，(ux,uy)为待定位节点的最终位置坐标，(ux_i,uy_i)为第i个初始位置坐标，ω_i为第i个初始位置坐标的权重因子，为当m个锚节点构成一种锚节点组合时存在的锚节点组合的数量。

6.一种无线传感网络中节点定位的装置，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于利用无线信号衰减模型以及待定位节点接收的各锚节点发送的无线信号，分别计算所述待定位节点与各锚节点之间的距离，所述无线信号携带有相应锚节点的位置坐标；

构造模块，用于构造多种具有预设数量锚节点的锚节点组合；

第二计算模块，用于根据每种锚节点组合中的每个锚节点的位置坐标以及相应锚节点与所述待定位节点之间的距离，计算每种锚节点组合所对应的待定位节点的初始位置坐标；其中，计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离通过下式计算：

S_ij＝|(ux_i,uy_i)-(ux_j,uy_j)|

其中，(ux_i,uy_i)为第i个初始位置坐标，(ux_j,uy_j)为第j个初始位置坐标，S_ij为第i个初始位置到第j个初始位置的距离，

第i个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离组成与第i个初始位置坐标相对应的距离集合S_i；

第三计算模块，用于计算每个初始位置坐标与其它初始位置坐标的距离，得到与每个初始位置坐标对应的距离集合；

第一确定模块，用于通过每个距离集合确定与相应距离集合对应的初始位置坐标的离散度，包括：

将每个初始位置坐标对应的距离集合中的距离值进行升序排序；

将每个排序后的距离集合中的第个距离值作为对应的初始位置坐标的离散度，其中，n为待定位节点接收到的无线信号所对应的所有锚节点的数量，m为每种锚节点组合中锚节点的数量；

第二确定模块，用于根据每个初始位置坐标的离散度确定相应初始位置坐标的权重因子；

第四计算模块，用于利用每个初始位置坐标以及相应的权重因子计算待定位节点的最终位置坐标。

7.一种无线传感网络中节点定位的系统，其特征在于，包括如权利要求6所述的无线传感网络中节点定位的装置。