CN103269516A

CN103269516A - 基于移动锚节点的多质心定位方法

Info

Publication number: CN103269516A
Application number: CN2013100894743A
Authority: CN
Inventors: 唐承佩; 王利钦; 刘锐奇; 彭汉彪
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明公开了一种视距环境中基于移动锚节点的多质心定位方法，该方法的基本步骤为：S1整个定位区域随机布撒一定数量的固定节点；S2移动锚节点按照SCAN路径在整个区域运动，对固定节点进行定位；S3待定位节点进入定位区域，固定节点对其进行初步定位；S4将初步定位结果发送到控制中心，并启动移动锚节点；S5移动锚节点对待定位节点进行进一步的精确定位。这种定位方法能耗低，精度高，实现也方便。

Description

基于移动锚节点的多质心定位方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络节点非测距定位机制领域，具体是一种基于移动锚节点的多质心定位方法。

背景技术

定位算法是无线传感器网络定位技术中的核心部分，有基于测距和基于非测距两大类。

基于非测距的定位算法，有质心算法、DV-hop算法等，其对硬件的要求低、算法简单，有很大的应用空间，但定位精度往往不能令人满意，故而在这些基本算法的基础上有了很多改进的算法。

质心算法及其改进算法的定位精度对锚节点的分布情况及数量有很大的依赖性，通过增加锚节点的数量能对定位精度的改进起到一定的作用，但同时会增加定位的成本，而使整个定位的成本过高而不能应用于实际的工程。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明本发明公布了一种基于移动锚节点的多质心定位方法，在硬件要求低的同时保证了定位精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于移动锚节点的多质心定位方法，包括以下步骤：

S1.确定定位范围，并在整个定位区域随机布撒一定数量的固定节点；

S2.移动锚节点按照预先设定的路径在整个定位区域内运动，并按一定周期向周围节点发射带有自身位置信息的信号，固定节点接收这些信号，并利用质心算法对自身位置进行确定；

S3.当未知节点进入定位区域，接收其通信范围内的固定节点发射的信号（包含节点编号、位置等信息），利用质心算法对其自身位置进行初步定位，并将初步定位结果发送到控制中心；

S4.控制中心对接收到的初步定位结果进行处理后，向移动锚节点发布移动命令信息，同时传达移动锚节点此次移动的最初的位置；

S5.移动锚节点接收到命令之后，在一定范围内按一定路径移动，利用多质心算法对未知节点进行精确定位。

所述步骤S5的精确定位方式为：

S51.移动锚节点向四周广播包括其自身的RSSI值、ID号及位置的信息，假设一定时间内未知节点收到n个锚节点位置的RSSI值，将其按从小到大的顺序排列成集合R_set，并转换成相应的离未知节点由远及近的距离集合D_set；

S52.将锚节点位置分成两组集合，分别满足条件di<Δd,di>Δd，其中

Δd = \frac{Σ_{i = 1}^{n - 1} Δ (d_{i} - d_{\min})}{n - 1};

S53.设在di>Δd的集合中有m个锚节点的位置，这些集合中，每次取距离相差最小的三个锚节点，共m-2组，用质心算法求出每组的质心坐标做为新的锚节点位置；

S54.将新产生的m-2个节点与di<Δd中的锚节点组成多边形，用加权质心算法进一步算出此多边形的质心，即为所求未知节点的坐标。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用基于移动锚节点的多质心定位方法，在保证低硬件要求及定位成本的前提下，提高了在无线传感器网络的定位精度。

附图说明

图1是本发明的定位算法的流程图。

图2是本发明一实施例的移动锚节点的移动路径图。

图3是本发明一实施例固定节点的分布及移动锚节点对其定位的结果图。

图4是本发明一实施例固定节点对未知节点的初步定位示意图。

图5是本发明一实施例移动锚节点对未知节点的精确定位图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，定位方法的模拟环境是50*50m的视距环境，节点的通信半径假定为R=10m，移动锚节点个数为1，固定节点个数为50。

如图1所示，该定位方法由五个步骤实现。

步骤一，在预先设定的应用环境（50*50m的视距环境）中随机撒布50个固定节点，其分布情况如图3所示，其中“◆”为固定点的原始坐标，“■”为移动锚节点对固定节点的定位坐标；

步骤二，移动锚节点按照预先SCAN路径，如图2所示；在整个定位区域内运动，并周期性向周围节点发射带有自身位置信息的信号，在本实施例中每移动0.3*R，发射一次信号，在其通信范围内的固定节点接收这些信号，并利用下述质心算法公式对自身位置进行确定，并记住自身坐标和节点编号：

X = \frac{Σ_{i = 1}^{m} X_{i}}{m}; Y = \frac{Σ_{i = 1}^{m} Y_{i}}{m} - - - (1)

其中m是接收到的信号个数。

步骤三，当未知节点进入定位区域，接收在其通信范围内的固定节点发射的信号（包含节点编号、位置等信息），利用中的质心算法公式（1）对自身位置进行初步定位，初步定位结果如图4所示，并将初步定位结果发送到控制中心；

步骤四，控制中心对接收到的信息进行简单处理后向移动锚节点发布移动命令信息，同时传达移动锚节点此次移动的最初的位置；

步骤五，移动锚节点接收到命令之后，在2R*2R的范围内按SCAN路径移动，对未知节点进行精确定位，具体步骤及计算如下：

（1）移动锚节点向四周广播包括自己的RSSI值、ID号及位置的信息，一定时间内未知节点收到了10个锚节点位置，见图5的RSSI值，将其按从小到大的顺序排列成集合R_set，并转换成相应的离未知节点由远及近的距离集合D_set；

（2）将锚节点位置分成两组集合，分别满足条件di<Δd,di>Δd，其中

Δd = \frac{Σ_{i = 1}^{n - 1} Δ (d_{i} - d_{\min})}{n - 1};

（3）设在di>Δd的集合中有m个锚节点的位置，这些集合中，每次取距离相差最小的三个锚节点（共m-2组），用传统的质心法求出每组的质心坐标做为新的锚节点位置，见图5；

（4）将新产生的m-2个节点与di<Δd中的锚节点共8个组成多边形，用下述加权质心公式进一步算出此多边形的质心：

X = \frac{Σ_{i = 1}^{m} w_{i} \times X_{i}}{Σ_{i = 1}^{m} w_{i}}; Y = \frac{Σ_{i = 1}^{m} w_{i} \times Y_{i}}{Σ_{i = 1}^{m} w_{i}}

其中权值

d是第i个点到未知节点的距离。

以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于移动锚节点的多质心定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3.当未知节点进入定位区域，接收其通信范围内的固定节点发射的信号，利用质心算法对其自身位置进行初步定位，并将初步定位结果发送到控制中心；

S4.控制中心对接收到的初步定位结果进行处理后，向移动锚节点发布移动命令信息，同时传达移动锚节点此次移动的最初位置；

2.根据权利要求1所述的基于移动锚节点的多质心定位方法，其特征在于，所述步骤S5的精确定位方式为：

Δd = \frac{Σ_{i = 1}^{n - 1} Δ (d_{i} - d_{\min})}{n - 1};

3.根据权利要求1所述的基于移动锚节点的多质心定位方法，其特征在于，所述移动锚节点配置有能确定其自身位置的装备，固定节点是普通的收、发信息的节点。

4.根据权利要求1所述的基于移动锚节点的多质心定位方法，其特征在于，所述移动锚节点根据定位区域确定，即根据定位区域的大小确定锚节点，当定位区域中锚节点上位多个时，则每个锚节点负责一定大小的区域。

5.根据权利要求1所述的基于移动锚节点的多质心定位方法，其特征在于，所述整个定位区域内随机分布固定节点是用于用于对未知节点的初步定位及整个网络的通信，其数量至少需要保证整个网络的连通。

6.根据权利要求1所述的基于移动锚节点的多质心定位方法，其特征在于，所述步骤S3中固定节点发射的信号包括以下信息：节点编号、位置。