CN103312735A - 基于目标定位技术部署锚节点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于目标定位技术部署锚节点的方法，用于在长度和宽度已知的目标监测区域部署锚节点。将四个锚节点作为一组，部署在正方形四个顶点，正方形边长和锚节点通信半径之间的几何关系满足目标定位的基本要求。部署所述锚节点组，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。根据正方形锚节点部署方法优于三角形锚节点部署方法的判决方法，对满足判决条件的目标监测区域使用正方形部署方法，从而达到减少锚节点数目，资源合理利用，减少成本开销的目的。

Description

基于目标定位技术部署锚节点的方法

技术领域

本发明涉及目标定位技术领域，尤其是涉及基于目标定位技术部署锚节点的方法。

背景技术

随着网络技术的发展，物联网技术成为新一代信息技术的重要组成部分。物联网是一种通过信息传感设备，按照约定的协议连接物品与互联网，进行信息交换和通信，实现对物品进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络技术。物联网主要是通过目标定位技术获取目标的位置信息，实现对目标的状态或活动进行监测，因此目标定位技术是支撑物联网应用的极为重要的技术。

物联网定位系统就是运用目标定位技术为物联网提供目标定位服务的系统。在该系统中，根据节点的位置信息是否已知，分为两类：锚节点和待定位目标，其中锚节点的位置信息已知，待定位目标的位置信息未知。一个待定位目标能够和至少3个锚节点进行通信，才能实现目标定位。

对机场候机楼、大型仓库等物品进行定位管理时，传统的GPS定位技术无法对室内、地下等环境进行物品定位管理，而且精度远远不能满足对物品的定位要求。可以通过部署锚节点建立测距网络的方法进行对物品定位管理。测距网络中，各锚节点之间保持通信连接，为处于网络覆盖范围内的待定位目标提供定位服务。目标定位对于测距网络的基本要求是：待定位目标在测距网络覆盖范围内的每一点都能够和3个锚节点进行通信。

部署锚节点是构建测距网络的一个重要环节，通常有两种方法：随机部署方法和规则部署方法。随机部署会导致锚节点在监测区域内分布不均匀，形成资源浪费，带来过高的成本开销。因此，实际工程建设中选择规则部署方法。

目前实际工程中普遍采用是正三角形锚节点部署方法，组成测距网络的所有锚节点的通信半径相同，通信半径为r。如图1所示，相邻的三个锚节点分别位于一个正三角形区域的三个顶点处，正三角形的边长为r，与锚节点的通信半径相同。根据几何关系可知在测距网络覆盖的范围内，每个三角形区域内部的任意一点都可以与3个锚节点进行通信。

但是，当监测目标区域为长度和宽度已知的矩形时，目前没有提供一种其他的锚节点的部署方法，与正三角形的部署方法相比，需要较少的锚节点，用来优化锚节点的部署方法，较少资源浪费，节省成本开销。

发明内容

有鉴于此，本发明主要的目的在于提供基于目标定位技术部署锚节点的方法，以实现在目标监测区域为长度和宽度已知的矩形时，可以部署更少的锚节点。待测目标在监测网络中的每一点都可以与3个锚节点进行通信，组成测距网络的所有锚节点都具有相同的通信半径。

为实现上述目的，本发明提供了基于目标定位技术部署锚节点的方法，该方法包括步骤：

获取锚节点的通信半径r以及目标监测区域；

部署一组锚节点在一个正方形的四个顶点，使相邻两个锚节点之间的距离为c；

改变正方形边长c的值，使所述正方形边长c与锚节点通信半径r之间的关系满足：

得到满足目标定位条件的锚节点组；

在所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节组，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

其中，所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节点组包括：

部署一组所述锚节点组，使得四个锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

其中，所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节点组包括：

水平方向上和垂直方向上部署多组所述锚节点组，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

一种基于目标定位技术部署锚节点的方法，包括步骤：

步骤A：获取锚节点的通信半径r和目标监测区域的宽度b；

步骤B：判断

是否为整数，如果否，令整数

步骤C：判断

是否成立，如果是，进入D；

步骤D：计算出正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃，正方形部署方法需要的锚节点总数n₄；

步骤E：判断n₃≥n₄是否成立，如果是，进入F；

步骤F：部署四个锚节点在一个正方形的四个顶点，使相邻两个锚节点之间的距离为c，改变c的值，使正方形边长c和锚节点通信半径r之间满足

部署锚节点，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

其中，所述步骤D中计算正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃包括步骤：

步骤D11：获取目标监测区域长度a，计算目标监测区域长度方向上的一行需要放置的锚节点数i₃，

步骤D12：判断m是否为偶数，如果是，进入步骤D13；如果否，进入步骤D14；

步骤D13：正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃为

$n_3=(m+2)\·i_3+\frac{m}{2}+1;$

步骤D14：正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃为

$n_3=(m+2)\·i_3+\frac{m+1}{2}.$

其中，所述步骤D中计算出正方形部署方法需要的锚节点总数n₄包括步骤：

步骤D21：获取目标监测区域长度a，计算目标监测区域长度方向上的一行需要放置的锚节点数i₄，

步骤D22：正方形锚节点部署方法需要的锚节点的总数n₄为

通过上述方法可知，本发明有如下有益效果：

目标监测区域为长度和宽度已知的矩形时，可以使用全新的锚节点部署方法——正方形部署方法，正方形边长c和锚节点通信半径r之间满足

时，满足目标定位的基本要求。按照正方形部署方法部署锚节点，覆盖整个目标监测区域。当满足上述判决方法时，正方形部署方法与正三角形部署方法相比部署锚节点较少，从而达到达到资源的合理利用，节省成本的目的。

附图说明

图1为正三角形部署方法示意图；

图2(1)为

时锚节点的部署方法；

图2(2)为

时锚节点的部署方法；

图2(3)为r＝c时锚节点的部署方法；

图2(4)为

时锚节点的部署方法，满足目标定位的基本条件；

图3为正方形锚节点部署方法覆盖的测距网络区域；

图4为正方形部署方法优于正三角形部署方法的判别流程图；

图5为本发明实施例流程图；

图6为在长度和宽度已知的矩形监测区域内部署的锚节点。

具体实施方法

本发明为基于目标定位技术部署锚节点的方法，提供了全新的部署锚节点的方法——正方形部署方法。在长度和宽度都已知的监测区域内，满足目标定位基本要求，正方形边长c和通信半径r之间满足

正方形区域覆盖整个目标监测区域，对满足判决条件的正方形部署方法，与正三角形部署方法相比，需要部署较少的锚节点。从而达到合理利用资源，减少资源浪费和节省成本开销的目的。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

一种基于目标定位技术部署锚节点的方法，图2为相邻锚节点距离不同时，正方形部署锚节点示意图。

步骤201：获取锚节点的通信半径r以及目标监测区域。图中A、B、C、D分别代表4个锚节点的位置，锚节点的通信半径用r表示，锚节点的通信半径都相同。以每个锚节点为圆心，通信半径r画圆，得到四个以锚节点为圆心的圆，锚节点的覆盖区域就是以相应锚节点为圆心的圆所覆盖的区域。目标监测区域为需要进行待定目标定位的整个区域，例如机场大厅大型从仓库等。

步骤202：部署四个锚节点在一个正方形的四个顶点，使相邻两个锚节点之间的距离都为c。如图2所示，A、B、C、D四个锚节点分别位于正方形的四个顶点，线段AB＝BC＝CD＝DA＝c，即正方形的边长为c。

步骤203：改变正方形边长c的值，使所述正方形边长c与锚节点通信半径r之间的关系满足：

得到满足目标定位条件的锚节点组。

满足目标定位的基本条件，需要正方形内每一点都至少在三个锚节点覆盖的范围内，也就是指正方形区域内的每一点至少同时被三个圆覆盖。图2(1)四个圆相切，正方形区域内的点最多被一个圆覆盖，存在未被覆盖的点。图2(2)四个圆交于正方形的中心点，正方形区域内的点最多被两个圆覆盖，有被一个圆覆盖的点。图2(3)每个圆都过正方形的两个顶点，正方形区域内有只被两个圆覆盖的点。图2(4)四个圆两两相较于正方形边长的中点，此情况刚好满足目标定位的基本条件，正方形区域内的每一点都至少被三个圆同时覆盖。即：

圆A和圆D的交点至少在线段BC上；

圆B和圆A的交点至少在线段CD上；

圆C和圆B的交点至少在线段AD上；

圆D和圆C的交点至少在线段AB上。

正方形边长小于此时的边长就可以满足在正方形部署锚节点的情况下实现对正方形区域覆盖的区域内的物品实现目标定位。

计算得到正方形边长c与锚节点通信半径r之间的关系满足：

$c\≤\frac{2}{\sqrt{5}}r.$

按照可以实现目标定位时临界条件，图2(4)所示情况，根据几何关系可以得到通信半径r与正方形边长c之间的关系

当正方形边长小于此时的临界值时，就可以实现正方形覆盖区域内的每一点都至少被三个圆同时覆盖，即实现同时与至少三个锚节点进行通信，实现对正方形覆盖区域内的物品进行目标定位，得到满足目标定位条件的锚节点组。

步骤204：在所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节组，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。目标监测区域的大小，决定部署锚节点组的多少，目标监测区域小于一个锚节点组所组成的区域时，部署一个锚节点组即可；目标监测区域较大时，根据目标监测区域的长度和宽度在水平方向和垂直方向部署多个锚节点组。

其中，所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节点组包括：

部署一组所述锚节点组，使得四个锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

目标监测区域小于一个锚节点组所组成的区域，则部署一组锚节点组，就可以覆盖整个目标监测区域，实现目标监测区域内的目标定位。

其中，所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节点组包括：

水平方向上和垂直方向上部署多组所述锚节点组，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

目标监测区域很大，需要在水平和垂直方向上部署多个锚节点组，锚节点所组成的区域才能覆盖整个目标监测区域。如图3所示，红色边框所覆盖的区域，为正方形部署方法部署锚节点所形成的测距网络的覆盖区域。

基于目标定位技术部署锚节点的方法，目标监测区域是长度和宽度已知的矩形，锚节点的通信半径都为r。使用正方形部署方法，实现对目标监测区域内的待定目标进行定位，满足下述判别方法时，与正三角形部署方法相比，可以部署较少的锚节点。方法时序图如图4所示。

步骤401：获取锚节点的通信半径r和目标监测区域的宽度b。部署的锚节点通信半径都相同，用r表示；目标监测区域的宽度已知，用b表示。

步骤402：判断

是否为整数，如果否，令整数

为正三角形部署锚节点方法中，正三角形高的值，

为正三角形部署方法情况下，目标监测区域宽度方向上，正三角形区域的行数。如果为整数，则正方形部署方法不适用，需要采用正三角形部署方法；如果

不为整数，那么对

向下取整，将取得的整数赋值给变量m，即令

步骤403：判断

是否成立，如果是，进入404。

为正方形部署方法可以实现目标定位时，正方形边长的最大值。

为正方形部署方法可以在宽度方向上覆盖的长度值，若

则正方形部署方法不能覆盖整个目标监测区域，不适用；若

执行下一步。

步骤404：计算出正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃，正方形部署方法需要的锚节点总数n₄。根据几何关系，计算在目标监测区域内，按照正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃，正方形部署方法需要的锚节点总数n₄。

步骤405：判断n₃≥n₄是否成立，如果是，进入406。若按照正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃大于或等于正方形部署方法需要的锚节点总数n₄，则正方形部署方法适用，需要部署的锚节点数较少，按照正方形部署方法步骤，执行下一步；如果否，正三角形部署方法适用，按照正三角形部署。

步骤406：部署四个锚节点在一个正方形的四个顶点，使相邻两个锚节点之间的距离为c，改变c的值，使正方形边长c和锚节点通信半径r之间满足

部署锚节点，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

下面结合图5进行详细举例说明。

步骤501：获取锚节点的通信半径r和目标监测区域的宽度b。部署的锚节点通信半径都相同，用r表示；目标监测区域的宽度已知，用b表示。

步骤502：判断

是否为整数，如果是，则正方形部署方法不适用，进入步骤507；如果否，令进入步骤503；

在这里根据实际数据举例说明，已知条件：目标监测区域的长度是1000米，宽度是160米；锚节点的通信半径是60米。

$\frac{2b}{\sqrt{3}r}=\frac{2\×160}{\sqrt{3}\×60}\≈3.08$

不是整数，令

步骤503：判断

是否成立，如果是，进入步骤504；如果否，则正方形部署方法不适用，进入步骤507；

计算 $m\·\frac{2}{\sqrt{5}r}=3\×\frac{2}{\sqrt{5}}\×60>b;$

步骤504：计算出正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃，正方形部署方法需要的锚节点总数n₄；

按照正三角形部署方法部署锚节点时，获取目标监测区域长度a，计算目标监测区长度方向上的一行需要放置的锚节点数i₃，

实例中a＝1000，则

其中m＝3，为奇数，则正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃为

$n_3=(m+2)\·i_3+\frac{m+1}{2}=(3+2)\×18+\frac{3+1}{2}=92$

按照正方形部署方法部署锚节点时，获取目标监测区域长度a，计算目标监测区长度方向上的一行需要放置的锚节点数i₄，正方形部署方法如图6所示，在水平方向上部署

个点，竖直方向上部署

个点；

正方形锚节点部署方法需要的锚节点的总数n₄为

步骤505：判断n₃≥n₄是否成立，如果是，进入步骤506；如果否，则正方形部署方法不适用，进入步骤507；

n₃＝92，n₄＝80，n₃＜n₄；根据具体实例可看出，正方形部署方法适用，采用正方形部署方法比采用正三角形部署方法，少用12个锚节点。

步骤506：部署四个锚节点在一个正方形的四个顶点，使相邻两个锚节点之间的距离为c，改变c的值，使正方形边长c和锚节点通信半径r之间满足

部署锚节点，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

正方形部署方法，水平方向上每行部署20个锚节点，垂直方向上部署4行，一共部署80个锚节点，80个锚节点所组成的区域包括目标监测区域。

步骤507：判决结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于目标定位技术部署锚节点的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

获取锚节点的通信半径r以及目标监测区域；

部署一组锚节点在一个正方形的四个顶点，使相邻两个锚节点之间的距离为c；

改变正方形边长c的值，使所述正方形边长c与锚节点通信半径r之间的关系满足：

得到满足目标定位条件的锚节点组；

在所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节组，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节点组包括：

部署一组所述锚节点组，使得四个锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标监测区域范围内，部署至少一组所述锚节点组包括：

水平方向上和垂直方向上部署多组所述锚节点组，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

4.一种基于目标定位技术部署锚节点的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

A、获取锚节点的通信半径r和目标监测区域的宽度b；

B、判断

是否为整数，如果否，令整数

C、判断

是否成立，如果是，进入D；

D、计算出正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃，正方形部署方法需要的锚节点总数n₄；

E、判断n₃≥n₄是否成立，如果是，进入F；

F、部署四个锚节点在一个正方形的四个顶点，使相邻两个锚节点之间的距离为c，改变c的值，使正方形边长c和锚节点通信半径r之间满足

部署锚节点，使得锚节点所组成的区域至少包括所述目标监测区域。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D中计算正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃包括步骤：

D11、获取目标监测区域长度a，计算目标监测区域长度方向上的一行需要放置的锚节点数i₃，

D12、判断m是否为偶数，如果是，进入步骤D13；如果否，进入步骤D14；

D13、正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃为

$n_3=(m+2)\·i_3+\frac{m}{2}+1;$

D14、正三角形部署方法需要的锚节点总数n₃为

$n_3=(m+2)\·i_3+\frac{m+1}{2}.$

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述步骤D中计算出正方形部署方法需要的锚节点总数n₄包括步骤：

D21、获取目标监测区域长度a，计算目标监测区域长度方向上的一行需要放置的锚节点数i₄，

D22、正方形锚节点部署方法需要的锚节点的总数n₄为

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