CN103796306A - 一种利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法 - Google Patents

一种利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法 Download PDF

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CN103796306A CN201410052701.XA CN201410052701A CN103796306A CN 103796306 A CN103796306 A CN 103796306A CN 201410052701 A CN201410052701 A CN 201410052701A CN 103796306 A CN103796306 A CN 103796306A
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Abstract

本发明的利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，包括：a).布设3个可确定位置坐标的锚节点；b).锚节点沿扫描路径移动，实现对网络中所有节点的遍历；c).时钟同步，使3个移动锚节点具有相同的时钟信号；d).3个锚节点处于成正三角形时广播定位用的信标信息；e).根据广播信息的时刻筛选信标信息；f).根据信号强度的大小，将节点位置缩小至特定三角形内，三角形的质心即为节点的估算位置。本发明的定位方法，通过3个移动锚节点可实现对所有传感器节点的定位，由于采用多个移动锚节点，免了使用单个移动锚节点所产生的共线问题，实现了定位成本与精度之间的均衡，可实现对传感器节点较为准确的定位。

Description

一种利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法
技术领域
 本发明涉及一种无线传感器网络节点的定位方法，更具体的说，尤其涉及一种利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法。 
背景技术
由大量微型传感器节点通过无线电通信形成的多跳、自组织的无线传感器网络系统，具有低功耗、低成本等优点，应用领域极为广泛，如健康医疗、环境监控、战场救援等。在无线传感器网络的绝大多数应用中，位置信息不仅是被监测信息的重要组成部分，而且还是辅助实现网络拓扑控制、路由、节点部署等其他网络服务的重要手段。因此，实现传感器节点的位置估算是无线传感器网络的一个关键技术。
虽然通过手工部署或者为节点安装GPS设施可以实现节点的定位，但是由于传感器节点的计算、存储和能量供应能力有限，所以这两种方法不适用于大规模部署的传感器网络定位，因此，需要提出专门的、适用性更强的定位方法。传感器节点的定位方法可分为基于锚节点和无需锚节点的两类，所谓锚节点即已知自身位置的传感器节点，其成本要比普通传感器节点高，为降低定位成本，移动锚节点辅助的无线传感器网络节点定位技术成为一种可行的替代方案。在这种替代方案中，如果仅使用一个移动锚节点，容易使得其所广播的信标信息产生共线问题，导致定位精度很低。针对此问题，本发明设计了一种使用多个移动锚节点协作的无线传感器网络节点定位方法。 
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法。
本发明的利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a).布设移动锚节点，在待定位的平面无线传感器网络中布设3个可自由移动的锚节点，每个移动锚节点通过GPS可获取自身的位置坐标；b).锚节点的移动，设移动锚节点的通讯半径为R，平面无线传感器网络的宽度为W、高度为H；3个移动锚节点组成边长为R的正三角形沿无线传感器网络的宽度方向来回移动扫描，以便对网络中的所有传感器节点进行定位，且相邻两扫描路径之间的距离为                                               
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE002
/；3个移动锚节点在移动的过程中，由当前的正三角形状态变换为下一个正三角形状态的过程中，移动锚节点沿最短的路径移动；c).时钟同步，3个移动锚节点通过校时，使它们具有同步的时钟信号；d).广播定位信息，设3个移动锚节点分别用
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE010
进行表示，并按照1、2、3的形式进行编号；3个移动锚节点沿扫描路径移动的过程中，当3个移动锚节点组成正三角形时，向周围广播定位用的信标信息；所广播的信标信息包括移动锚节点的编号、锚节点的坐标、广播信息的时刻、信号强度；e).信息的接收和筛选，传感器节点接收移动锚节点发送的信标信息，并根据信标信息中广播信息的时刻筛选出可对传感器节点定位的信标信息；f).节点位置的估算，传感器节点根据步骤e)中筛选出的信标信息，利用3个移动锚节点同一时刻发送的信标信息中信号强度的大小，将传感器节点的位置缩小至位于3个移动锚节点所组成正三角形中的特定三角形内，特定三角形的质心即为传感器节点的估算位置。
本发明的利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，步骤e)中所述的信息的接收和筛选通过以下步骤来实现：e-1).传感器节点休眠，在没有收到移动锚节点发送的信标信息前，传感器节点处于休眠状态；且令信息存储集合
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE014
；e-2).接收并存储信标信息，当传感器节点接收到移动锚节点
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE016
广播的信标信息后，将其存储至集合
Figure 275640DEST_PATH_IMAGE012
中，即令
Figure 463039DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE020
；在接收到信标信息的同时令计时时间段
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE022
+1，执行步骤e-3)；e-3).计时时间段内的判断，每过1秒，令
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE024
，判断在＞0之前是否又接收到了来自移动锚节点发送的信标信息，如果接收到了新的信标信息，则执行步骤e-2)；如果没有接收到新的信标信息，则执行步骤e-4)；e-4).对信标信息进行排序，按照信标信息中广播信息时刻的前后顺序，对信息存储集合
Figure 388925DEST_PATH_IMAGE012
中的信标信息进行排序；排序后，集合
Figure 698684DEST_PATH_IMAGE012
中的元素为
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE028
，元素个数为
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE030
；令
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE032
=1，有效信息集合
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE034
=
Figure 36254DEST_PATH_IMAGE014
；e-5).判断集合中元素的个数，判断信息存储集合中元素的个数
Figure 867124DEST_PATH_IMAGE030
≥
Figure 911565DEST_PATH_IMAGE032
+2是否成立，如果成立，则执行步骤e-6)；如果不成立，则退出；e-6).判断相邻两个信标信息的时间戳是否一致，判断集合
Figure 141689DEST_PATH_IMAGE012
中信标信息
Figure 998787DEST_PATH_IMAGE028
与
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE036
的广播信息的时刻是否相同，如果相同，则执行步骤e-7）；如果不相同，则令
Figure 880024DEST_PATH_IMAGE032
=
Figure 273529DEST_PATH_IMAGE032
+1，返回步骤e-5)；e-7).判断相邻三个信标信息的时间戳是否一致，判断集合
Figure 695676DEST_PATH_IMAGE012
中信标信息
Figure 28569DEST_PATH_IMAGE028
、和
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE038
的广播信息的时刻是否均相同，如果均相同，则令集合
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE040
，=
Figure 306338DEST_PATH_IMAGE032
+3；如果与
Figure 98418DEST_PATH_IMAGE036
的时间戳相同，而与的时间戳不同，则令集合
Figure 846111DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 786385DEST_PATH_IMAGE032
=
Figure 309771DEST_PATH_IMAGE032
+2；则执行步骤e-8)；e-8).存储有效信标信息，令有效信息集合
Figure 660986DEST_PATH_IMAGE034
=
Figure 902612DEST_PATH_IMAGE034
∪
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE042
；返回步骤e-5)。
本发明的利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，步骤f)中所述的节点位置的估算通过以下步骤来实现：f-1).判断同一组信标信息的时间戳是否相同，取
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE044
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE046
，设=；判断信标信息
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE056
中时间戳是否均相同，如果均相同，则执行步骤f-3)；如果信标信息
Figure 692582DEST_PATH_IMAGE052
与
Figure 8157DEST_PATH_IMAGE054
的时间戳相同，而与的时间戳不同，则执行步骤f-2)；f-2).信标信息的映射，如果
Figure 273844DEST_PATH_IMAGE052
、的锚节点编号为1和2，则
Figure 53898DEST_PATH_IMAGE056
映射为上一时间戳的所发送的信标信息；如果
Figure 963134DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 845640DEST_PATH_IMAGE054
的锚节点编号为1和3，则
Figure 135807DEST_PATH_IMAGE056
映射为上一时间戳的
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE058
所发送的信标信息；如果
Figure 999726DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 437661DEST_PATH_IMAGE054
的锚节点编号为2和3，则
Figure 61540DEST_PATH_IMAGE056
映射为上一时间戳的
Figure 268531DEST_PATH_IMAGE006
所发送的信标信息；执行步骤f-3)；f-3).特定三角形的求取，记
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE060
是来自移动锚节点
Figure 568931DEST_PATH_IMAGE016
信标信息的信号强度，三个锚节点的坐标分别为
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 431845DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 846033DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE064
=1,2,3；
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE068
、
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE070
分别为正三角形
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE072
的边
Figure 297743DEST_PATH_IMAGE062
Figure 519777DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 666725DEST_PATH_IMAGE058
Figure 881674DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 63257DEST_PATH_IMAGE062
的重点，三角形
Figure 356015DEST_PATH_IMAGE072
的中心为
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE074
；如果
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE076
,
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE078
,
Figure 201410052701X100002DEST_PATH_IMAGE080
,则传感器节点位于特定三角形
Figure DEST_PATH_IMAGE082
内；如果
Figure 236639DEST_PATH_IMAGE076
,
Figure 272729DEST_PATH_IMAGE078
,
Figure DEST_PATH_IMAGE084
,则传感器节点位于特定三角形
Figure DEST_PATH_IMAGE086
内；如果
Figure 23516DEST_PATH_IMAGE076
,
Figure DEST_PATH_IMAGE088
,,则传感器节点位于特定三角形
Figure DEST_PATH_IMAGE090
内；如果,
Figure 269689DEST_PATH_IMAGE084
,则传感器节点位于特定三角形
Figure DEST_PATH_IMAGE094
内；如果
Figure 639491DEST_PATH_IMAGE092
,
Figure DEST_PATH_IMAGE096
,
Figure 733349DEST_PATH_IMAGE078
,则传感器节点位于特定三角形
Figure DEST_PATH_IMAGE098
内；如果
Figure 717354DEST_PATH_IMAGE092
,
Figure 263873DEST_PATH_IMAGE096
,
Figure 171786DEST_PATH_IMAGE088
,则传感器节点位于特定三角形
Figure 372348DEST_PATH_IMAGE082
内；f-4).传感器节点位置的求取，步骤f-3)中所确定的特定三角形的质心即为传感器节点的位置坐标。
本发明的有益效果是：本发明的无线传感器网络中节点的定位方法，通过在无线传感器网络中部署3个自身位置坐标确定的移动锚节点，3个移动锚节点在对传感器网络遍历的过程中不断发送包含锚节点的编号、锚节点的坐标、广播信息的时刻、信号强度的信标信息，可有效实现对所有传感器节点的定位；传感器节点接收锚节点发送的信标信息，并通过信标信息的广播时刻筛选出可对传感器节点定位的有效信标信息，然后传感器节点根据信标信息中信号强度的大小将传感器节点的位置缩小至特定三角形内，最终以特定三角形的质心来表征传感器节点的位置，实现了对传感器节点较为准确的定位。本发明的传感器节点的定位方法，（1）采用多个移动锚节点，不仅降低了无线传感器网络的部署成本，而且有效避免了使用单个移动锚节点容易产生的共线问题；（2）移动锚节点通过特定的扫描路径对整个传感器网络进行遍历，有效实现了移动锚节点的定位各方面性能的均衡；（3）依据信号强度并通过质心算法实现传感器节点的位置估算，实现了定位成本与精度之间的均衡。
附图说明
图1为本发明的3个移动锚节点的构成及通讯原理图；
图2为本发明的3个移动锚节点对无线传感器网络扫描的路径图；
图3为本发明的3个移动锚节点的移动方式图；
图4为本发明的移动锚节点所发送的信标信息的格式；
图5为本发明中移动锚节点的信标信息的映射原理图；
图6为本发明中传感器节点的定位原理图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明的利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，包括以下步骤：
a).布设移动锚节点，在待定位的平面无线传感器网络中布设3个可自由移动的锚节点，每个移动锚节点通过GPS可获取自身的位置坐标；
移动锚节点放置在可移动的小车上，以方便遍历整个网络部署空间，并配以GPS以获取自身位置。如图1所示，给出了3个移动锚节点的构成及通讯原理图，设定3个移动锚节点
Figure 340304DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 374119DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 85723DEST_PATH_IMAGE010
的通讯范围均为一个半径为R的圆（图1中的圆形虚线），在二维平面内，3个锚节点构成一个等边三角形，其边长即为R。显然，这3个锚节点的通信区域将形成6个交点，除3个锚节点外，另3个交点（图1中的白色圆）分别记为
Figure DEST_PATH_IMAGE100
、
Figure DEST_PATH_IMAGE102
和
Figure DEST_PATH_IMAGE104
。
b).锚节点的移动，设移动锚节点的通讯半径为R，平面无线传感器网络的宽度为W、高度为H；3个移动锚节点组成边长为R的正三角形沿无线传感器网络的宽度方向来回移动扫描，以便对网络中的所有传感器节点进行定位，且相邻两扫描路径之间的距离为/
Figure 479981DEST_PATH_IMAGE004
；3个移动锚节点在移动的过程中，由当前的正三角形状态变换为下一个正三角形状态的过程中，移动锚节点沿最短的路径移动；
在定位过程中，3个移动锚节点需始终保持如图1所示的相对位置关系不变。如图2所示，给出了3个移动锚节点对无线传感器网络扫描的路径图，所示的移动锚节点沿箭头所示的路径对网络部署区域进行遍历，如将这种路径称为Scan路径，则上下两条扫描线之间的间距称为路径的分辨率，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE106
，要求
Figure 984781DEST_PATH_IMAGE106
≤/
Figure 423032DEST_PATH_IMAGE004
。
在遍历过程中，锚节点的移动方式如图3所示，图3给出了本发明的3个移动锚节点的移动方式图，从最左边开始，首先锚节点
Figure 919742DEST_PATH_IMAGE006
沿着箭头线向右上角移动到新位置，使得3个锚节点形成一个倒立的正三角形；而后锚节点
Figure 724887DEST_PATH_IMAGE010
沿着箭头线向右下角移动到新位置；接着锚节点
Figure 715976DEST_PATH_IMAGE008
沿着箭头线向右上角移动到新位置。这样按照、
Figure 214578DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 772598DEST_PATH_IMAGE010
的顺序不断重复上述过程，即可实现图2所示的扫描路径。
c).时钟同步，3个移动锚节点通过校时，使它们具有同步的时钟信号；
d).广播定位信息，设3个移动锚节点分别用、、进行表示，并按照1、2、3的形式进行编号；3个移动锚节点沿扫描路径移动的过程中，当3个移动锚节点组成正三角形时，向周围广播定位用的信标信息；所广播的信标信息包括移动锚节点的编号、锚节点的坐标、广播信息的时刻、信号强度；
如图4所示，给出了本发明的移动锚节点所发送的信标信息的格式；在下面的表述中，广播信息的时刻亦称为时间戳。
e).信息的接收和筛选，传感器节点接收移动锚节点发送的信标信息，并根据信标信息中广播信息的时刻筛选出可对传感器节点定位的信标信息；
该步骤可通过以下步骤来实现：
e-1).传感器节点休眠，在没有收到移动锚节点发送的信标信息前，传感器节点处于休眠状态；且令信息存储集合=
Figure 275124DEST_PATH_IMAGE014
；
e-2).接收并存储信标信息，当传感器节点接收到移动锚节点
Figure 27179DEST_PATH_IMAGE016
广播的信标信息后，将其存储至集合
Figure 303626DEST_PATH_IMAGE012
中，即令
Figure 440209DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 109088DEST_PATH_IMAGE020
；在接收到信标信息的同时令计时时间段
Figure 102451DEST_PATH_IMAGE022
+1，执行步骤e-3)；
e-3).计时时间段内的判断，每过1秒，令
Figure 43732DEST_PATH_IMAGE024
，判断在＞0之前是否又接收到了来自移动锚节点发送的信标信息，如果接收到了新的信标信息，则执行步骤e-2)；如果没有接收到新的信标信息，则执行步骤e-4)；
e-4).对信标信息进行排序，按照信标信息中广播信息时刻的前后顺序，对信息存储集合
Figure 507391DEST_PATH_IMAGE012
中的信标信息进行排序；排序后，集合
Figure 671656DEST_PATH_IMAGE012
中的元素为
Figure 103162DEST_PATH_IMAGE028
，元素个数为；令
Figure 959439DEST_PATH_IMAGE032
=1，有效信息集合
Figure 560185DEST_PATH_IMAGE034
=；
e-5).判断集合中元素的个数，判断信息存储集合中元素的个数
Figure 724953DEST_PATH_IMAGE030
≥
Figure 496600DEST_PATH_IMAGE032
+2是否成立，如果成立，则执行步骤e-6)；如果不成立，则退出；
e-6).判断相邻两个信标信息的时间戳是否一致，判断集合
Figure 447239DEST_PATH_IMAGE012
中信标信息
Figure 516695DEST_PATH_IMAGE028
与
Figure 869178DEST_PATH_IMAGE036
的广播信息的时刻是否相同，如果相同，则执行步骤e-7）；如果不相同，则令
Figure 749410DEST_PATH_IMAGE032
=
Figure 187344DEST_PATH_IMAGE032
+1，返回步骤e-5)；
e-7).判断相邻三个信标信息的时间戳是否一致，判断集合
Figure 60491DEST_PATH_IMAGE012
中信标信息、
Figure 318614DEST_PATH_IMAGE036
和的广播信息的时刻是否均相同，如果均相同，则令集合
Figure 658033DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 985110DEST_PATH_IMAGE032
=
Figure 941564DEST_PATH_IMAGE032
+3；如果
Figure 354091DEST_PATH_IMAGE028
与
Figure 382090DEST_PATH_IMAGE036
的时间戳相同，而与
Figure 750623DEST_PATH_IMAGE038
的时间戳不同，则令集合
Figure 205875DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 777802DEST_PATH_IMAGE032
=
Figure 343913DEST_PATH_IMAGE032
+2；执行步骤e-8)；
e-8).存储有效信标信息，令有效信息集合
Figure 832532DEST_PATH_IMAGE034
=
Figure 458685DEST_PATH_IMAGE034
∪
Figure 517908DEST_PATH_IMAGE042
；返回步骤e-5)。
f).节点位置的估算，传感器节点根据步骤e)中筛选出的信标信息，利用3个移动锚节点同一时刻发送的信标信息中信号强度的大小，将传感器节点的位置缩小至位于3个移动锚节点所组成正三角形中的特定三角形内，特定三角形的质心即为传感器节点的估算位置。
该步骤可通过以下步骤来实现：
f-1).判断同一组信标信息的时间戳是否相同，取
Figure 887709DEST_PATH_IMAGE044
Figure 230835DEST_PATH_IMAGE046
，设
Figure 27890DEST_PATH_IMAGE048
=
Figure 574409DEST_PATH_IMAGE050
；判断信标信息
Figure 482322DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 682883DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 650839DEST_PATH_IMAGE056
中时间戳是否均相同，如果均相同，则执行步骤f-3)；如果信标信息
Figure 746971DEST_PATH_IMAGE052
与
Figure 396259DEST_PATH_IMAGE054
的时间戳相同，而与
Figure 261446DEST_PATH_IMAGE056
的时间戳不同，则执行步骤f-2)；
f-2).信标信息的映射，如果
Figure 587254DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 170682DEST_PATH_IMAGE054
的锚节点编号为1和2，则
Figure 623661DEST_PATH_IMAGE056
映射为上一时间戳的
Figure 343355DEST_PATH_IMAGE010
所发送的信标信息；如果、
Figure 910788DEST_PATH_IMAGE054
的锚节点编号为1和3，则
Figure 901878DEST_PATH_IMAGE056
映射为上一时间戳的
Figure 741658DEST_PATH_IMAGE058
所发送的信标信息；如果
Figure 409269DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 967289DEST_PATH_IMAGE054
的锚节点编号为2和3，则映射为上一时间戳的
Figure 190777DEST_PATH_IMAGE006
所发送的信标信息；执行步骤f-3)；
如图1所示，所示的传感器节点E虽然位于三角形中，三个移动锚节点处于△
Figure 309517DEST_PATH_IMAGE108
所示的位置时，节点E会接收到三个锚节点发送来的第一组信标信息；当锚节点
Figure 89254DEST_PATH_IMAGE006
移动至
Figure 422146DEST_PATH_IMAGE104
时，节点E仍处于三个节点的通讯范围之内，则节点E仍可接收到第二组信标信息。由于节点E是处于△
Figure 236518DEST_PATH_IMAGE108
内的，就不能用第二组信标信息来求取节点E的坐标，而必须将锚节点
Figure 245932DEST_PATH_IMAGE006
的信标信息映射为其上一时间戳（处于△状态时）的信标信息。如图5所示，给出了本发明中移动锚节点的信标信息的映射原理图。
f-3).特定三角形的求取，记
Figure 649548DEST_PATH_IMAGE060
是来自移动锚节点
Figure 505377DEST_PATH_IMAGE016
信标信息的信号强度，三个锚节点的坐标分别为
Figure 498741DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 190754DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 927766DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 638102DEST_PATH_IMAGE064
=1,2,3；
Figure 67946DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 247254DEST_PATH_IMAGE068
、分别为正三角形的边
Figure 690896DEST_PATH_IMAGE062
Figure 419817DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 436315DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 892890DEST_PATH_IMAGE062
Figure 843528DEST_PATH_IMAGE010
的重点，三角形
Figure 663717DEST_PATH_IMAGE072
的中心为
Figure 16201DEST_PATH_IMAGE074
；
如果
Figure 145700DEST_PATH_IMAGE076
,
Figure 583634DEST_PATH_IMAGE078
,,则传感器节点位于特定三角形
Figure 414504DEST_PATH_IMAGE082
内；
如果
Figure 714904DEST_PATH_IMAGE076
,
Figure 640135DEST_PATH_IMAGE078
,
Figure 802126DEST_PATH_IMAGE084
,则传感器节点位于特定三角形
Figure 863623DEST_PATH_IMAGE086
内；
如果,,,则传感器节点位于特定三角形
Figure 778380DEST_PATH_IMAGE090
内；
如果
Figure 897645DEST_PATH_IMAGE092
,
Figure 87318DEST_PATH_IMAGE084
,则传感器节点位于特定三角形
Figure 174092DEST_PATH_IMAGE094
内；
如果
Figure 740202DEST_PATH_IMAGE092
,
Figure 979554DEST_PATH_IMAGE096
,,则传感器节点位于特定三角形内；
如果
Figure 283999DEST_PATH_IMAGE092
,
Figure 112278DEST_PATH_IMAGE096
,
Figure 909333DEST_PATH_IMAGE088
,则传感器节点位于特定三角形
Figure 705119DEST_PATH_IMAGE082
内；
f-4).传感器节点位置的求取，步骤f-3)中所确定的特定三角形的质心即为传感器节点的位置坐标。
如图6所示，给出了本发明中传感器节点的定位原理图，传感器节点的坐标U采用特定三角形的质心来估算，实现了计算成本与定位精度之间的均衡。 

Claims (3)

1.一种利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a).布设移动锚节点，在待定位的平面无线传感器网络中布设3个可自由移动的锚节点，每个移动锚节点通过GPS可获取自身的位置坐标；
b).锚节点的移动，设移动锚节点的通讯半径为R，平面无线传感器网络的宽度为W、高度为H；3个移动锚节点组成边长为R的正三角形沿无线传感器网络的宽度方向来回移动扫描，以便对网络中的所有传感器节点进行定位，且相邻两扫描路径之间的距离为                                                
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE001
/
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE002
；3个移动锚节点在移动的过程中，由当前的正三角形状态变换为下一个正三角形状态的过程中，移动锚节点沿最短的路径移动；
c).时钟同步，3个移动锚节点通过校时，使它们具有同步的时钟信号；
d).广播定位信息，设3个移动锚节点分别用、
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE005
进行表示，并按照1、2、3的形式进行编号；3个移动锚节点沿扫描路径移动的过程中，当3个移动锚节点组成正三角形时，向周围广播定位用的信标信息；所广播的信标信息包括移动锚节点的编号、锚节点的坐标、广播信息的时刻、信号强度；
e).信息的接收和筛选，传感器节点接收移动锚节点发送的信标信息，并根据信标信息中广播信息的时刻筛选出可对传感器节点定位的信标信息；
f).节点位置的估算，传感器节点根据步骤e)中筛选出的信标信息，利用3个移动锚节点同一时刻发送的信标信息中信号强度的大小，将传感器节点的位置缩小至位于3个移动锚节点所组成正三角形中的特定三角形内，特定三角形的质心即为传感器节点的估算位置。
2.根据权利要求1所述的利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，其特征在于，步骤e)中所述的信息的接收和筛选通过以下步骤来实现：
e-1).传感器节点休眠，在没有收到移动锚节点发送的信标信息前，传感器节点处于休眠状态；且令信息存储集合=
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE007
；
e-2).接收并存储信标信息，当传感器节点接收到移动锚节点
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE008
广播的信标信息后
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE009
，将其存储至集合中，即令
Figure 384164DEST_PATH_IMAGE006
=
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE010
；在接收到信标信息的同时令计时时间段+1，执行步骤e-3)；
e-3).计时时间段内的判断，每过1秒，令
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE012
，判断在＞0之前是否又接收到了来自移动锚节点发送的信标信息，如果接收到了新的信标信息，则执行步骤e-2)；如果没有接收到新的信标信息，则执行步骤e-4)；
e-4).对信标信息进行排序，按照信标信息中广播信息时刻的前后顺序，对信息存储集合
Figure 992387DEST_PATH_IMAGE006
中的信标信息进行排序；排序后，集合中的元素为
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE014
，元素个数为；令
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE016
=1，有效信息集合=
Figure 204243DEST_PATH_IMAGE007
；
e-5).判断集合中元素的个数，判断信息存储集合
Figure 85480DEST_PATH_IMAGE006
中元素的个数≥
Figure 720041DEST_PATH_IMAGE016
+2是否成立，如果成立，则执行步骤e-6)；如果不成立，则退出；
e-6).判断相邻两个信标信息的时间戳是否一致，判断集合
Figure 115250DEST_PATH_IMAGE006
中信标信息
Figure 850994DEST_PATH_IMAGE014
与的广播信息的时刻是否相同，如果相同，则执行步骤e-7）；如果不相同，则令
Figure 876718DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 143752DEST_PATH_IMAGE016
+1，返回步骤e-5)；
e-7).判断相邻三个信标信息的时间戳是否一致，判断集合中信标信息
Figure 947550DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 144177DEST_PATH_IMAGE018
和的广播信息的时刻是否均相同，如果均相同，则令集合
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 85457DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 760152DEST_PATH_IMAGE016
+3；如果
Figure 283537DEST_PATH_IMAGE014
与的时间戳相同，而与的时间戳不同，则令集合
Figure 354764DEST_PATH_IMAGE020
，=
Figure 520352DEST_PATH_IMAGE016
+2；执行步骤e-8)；
e-8).存储有效信标信息，令有效信息集合
Figure 249274DEST_PATH_IMAGE017
=
Figure 328088DEST_PATH_IMAGE017
∪
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE021
；返回步骤e-5)。
3.根据权利要求2所述的利用多移动锚节点对无线传感器网络节点定位的方法，其特征在于，步骤f)中所述的节点位置的估算通过以下步骤来实现：
f-1).判断同一组信标信息的时间戳是否相同，取
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE022
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE023
，设
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE024
=；判断信标信息
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE028
中时间戳是否均相同，如果均相同，则执行步骤f-3)；如果信标信息
Figure 15946DEST_PATH_IMAGE026
与
Figure 522014DEST_PATH_IMAGE027
的时间戳相同，而与
Figure 738231DEST_PATH_IMAGE028
的时间戳不同，则执行步骤f-2)；
f-2).信标信息的映射，如果
Figure 807687DEST_PATH_IMAGE026
、的锚节点编号为1和2，则
Figure 40403DEST_PATH_IMAGE028
映射为上一时间戳的
Figure 478337DEST_PATH_IMAGE005
所发送的信标信息；如果
Figure 85905DEST_PATH_IMAGE026
、的锚节点编号为1和3，则
Figure 344028DEST_PATH_IMAGE028
映射为上一时间戳的所发送的信标信息；如果
Figure 459139DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 683447DEST_PATH_IMAGE027
的锚节点编号为2和3，则映射为上一时间戳的
Figure 232557DEST_PATH_IMAGE003
所发送的信标信息；执行步骤f-3)；
f-3).特定三角形的求取，记
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE030
是来自移动锚节点
Figure 832034DEST_PATH_IMAGE008
信标信息的信号强度，三个锚节点的坐标分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 532137DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 713720DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
=1,2,3；
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE036
分别为正三角形
Figure DEST_PATH_IMAGE037
的边
Figure 480556DEST_PATH_IMAGE031
Figure 380379DEST_PATH_IMAGE029
、 、
Figure 123415DEST_PATH_IMAGE005
的重点，三角形
Figure 165320DEST_PATH_IMAGE037
的中心为
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE038
；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE039
,
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE040
,
Figure DEST_PATH_IMAGE041
,则传感器节点位于特定三角形
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE042
内；
如果
Figure 446129DEST_PATH_IMAGE039
,
Figure 430134DEST_PATH_IMAGE040
,
Figure DEST_PATH_IMAGE043
,则传感器节点位于特定三角形内；
如果
Figure 976653DEST_PATH_IMAGE039
,,,则传感器节点位于特定三角形
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE046
内；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE047
,
Figure 274779DEST_PATH_IMAGE043
,则传感器节点位于特定三角形
Figure 201410052701X100001DEST_PATH_IMAGE048
内；
如果
Figure 463622DEST_PATH_IMAGE047
,
Figure DEST_PATH_IMAGE049
,
Figure 369261DEST_PATH_IMAGE040
,则传感器节点位于特定三角形内；
如果
Figure 652344DEST_PATH_IMAGE047
,
Figure 98369DEST_PATH_IMAGE049
,
Figure 166819DEST_PATH_IMAGE045
,则传感器节点位于特定三角形
Figure 305676DEST_PATH_IMAGE042
内；
f-4).传感器节点位置的求取，步骤f-3)中所确定的特定三角形的质心即为传感器节点的位置坐标。
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