CN105263107A - 面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，包括：a).Sink节点的邻居节点的激活和定位，或与Sink节点间的角度和距离，实现自身激活；b).判断接收到激活包节点的状态；c).外层节点的激活和定位，利用两个节点与Sink节点的距离和角度，以及该未被激活节点与两个节点之间的距离和角度，计算出与Sink节点的距离和角度，实现节点的激活；d).孤立节点和新加入节点的激活和定位。本发明的定位方法，与现有的无锚点定位算法相比，节点无需ID，增加了整个无线传感器网络的灵活性，节点定位计算量小，能量消耗少，延长了整个无线传感器网络的寿命，有益效果显著，便于推广应用。

Description

面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法

技术领域

本发明涉及一种面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法。属于传感器、无线通信技术领域。

背景技术

无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSNs)中的传感器节点不像传统网络那样各个节点有网线连接，位置与联通性可以由路由器等设备进行管理维护，需要进行节点间邻居关系的发现、节点位置计算、路由选择等操作实现网络结构的构建。传感器也不像机器人那样有视觉，它只能通过获取与其他邻居节点之间的联系来生存于网络中。在WSNs中的节点定位实质就是帮助传感节点获得相对或绝对的角度与距离信息。

现有的节点定位算法可以分为基于锚点的和无锚点的两种。锚点是具有定位装置的节点，锚点的能量、信息传输能力和计算能力都不受限。基于锚点的算法的核心思想是利用锚点向网络内广播发送定位信息，传感节点收到不同锚点发送过来的信息，通过比较计算进行定位。这种算法具有定位准确，传感节点能耗少、计算量小的优点。但是最大的缺点就是锚点需要部署在传感区域的特殊位置上，这就限制了感应区域的规模和范围，而且部署的灵活性较差，硬件成本较高。因此目前这类算法的研究相对较少。无锚点算法是目前研究的重点，核心思想是利用汇聚节点(Sinknode)的定位能力和信息广播能力取代锚点，向传感节点发送位置信息，传感节点收到后自行进行计算以获得节点的位置信息。这类算法解决了基于锚点算法的不灵活的缺陷，但是需要传感节点进行大量的通信与计算，对节点的能量消耗较多，降低了网络寿命，而且误差相对较大。

另外，目前对WSNs网络模型和节点的设置通常令传感器带有身份信息，即每个节点通常带有一个身份序列号(Identitynumber，ID)。其作用是在通信阶段易于识别数据包的来源，然而在部署方面却限制了整个网络的灵活性。在大规模无线传感器网络应用中，一般会经历节点的消亡和新节点的加入。在加入和删除节点的过程中，ID信息会带来一些不必要的信息冲突，从而影响网络的规模和有效性。

定位系统运行一般包括两个阶段。第一阶段是获取邻居节点的物理参量，比如哪些是邻居节点，与邻居节点的距离、角度信息等。第二阶段是根据获取的物理参量，分布式计算全网的节点位置。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法。

本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，无线传感器网络由一个汇聚节点Sink节点和若干传感节点组成，Sink节点的计算能力、通信能力、存储能力和能量都不受限，每个传感节点不设置ID、具有同样的计算能力和初始能量，Sink节点和传感节点均设置有可测量信号来源方向的角度测量装置；节点间传递的数据包结构定义为：(Pkt-typ,Level，Dis，Ang,Pow)，Pkt-typ为数据包的类型，分为激活包ACT和确认包CON，Level表示包的级别，由Sink节点发出的数据包级别为0，Dis和Ang分别表示来源节点到Sink节点或两个节点间的距离和角度，Pow为数据包的发送功率，单个包发送功率固定为P₀；其特征在于，所述定位方法通过以下步骤来实现：a).Sink节点的邻居节点的激活和定位，Sink节点向四周广播激活包，能清晰的接收到Sink节点激活包的节点为Sink节点的单跳邻居节点，统称为第一层节点；第一层节点首先利用Sink节点发送的信息将自己的坐标系与Sink节点统一，然后再计算出与Sink节点间的角度和距离，通过保存与Sink节点间的角度和距离信息将其加入到自己的邻居列表中，实现自身激活；第一层节点的级别Level均标记为1；b).判断接收到激活包节点的状态，节点激活后，向四周广播激活包，如果收到广播激活包的节点未被激活，执行步骤c)；如果收到广播激活包的节点已被激活，则根据激活包的来源节点是否在自己的邻居列表里以及来源节点的级别Level，选择性地添加或更新邻居列表；c).外层节点的激活和定位，无线传感器网络中除Sink节点和第一层节点外，统称为外层节点，外层节点采用阶梯扩散式的方法逐级定位；未被激活的外层节点接收到一个激活包后，继续等待接收其他激活包；当接收到两个或两个以上节点发送的激活包后，利用最先发出前两个激活包的节点与Sink节点的距离和角度，以及该未被激活节点与最先发出前两个激活包的节点之间的距离和角度，计算出该未被激活节点与Sink节点的距离和角度，实现节点的激活；通过该步骤激活节点的Level是其所利用的两节点中最小的Level加1；除第一层节点外的所有外层节点均采用本步骤中的方法进行定位，直至所有的节点定位完毕；d).孤立节点和新加入节点的激活和定位，部署后长时间未被激活的节点或者新加入的节点，向四周广播激活包，等待确认包，当有至少两个激活包到达时采用步骤c)中的方法进行定位。

本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，步骤a)中所述的Sink节点的邻居节点的激活和定位通过以下步骤来实现：a-1).广播激活包，Sink节点周期性广播激活包，并拒绝接收所有激活包；a-2).获取与Sink节点的距离和角度，Sink节点的单跳邻居节点，即第一层节点可接收到此激活包，第一层节点根据包的来源，利用角度测量装置获取与Sink节点的角度差，根据激活包发送过来的能量值计算获得自身到Sink节点的距离；并向Sink节点发送包括所计算的角度和距离信息在内的确认包；a-3).获取与源节点的距离和角度，Sink节点收到确认包，同时测量该确认包的到达角度和来源节点的距离，获取来源节点相对于自己的角度和距离，并将源节点信息添加至自己的邻居列表中；然后将自己测得的角度和距离放入确认数据包中发送给来源节点；a-4).统一坐标系，第一层节点接收到来自Sink节点的确认包后，利用自己测量的与Sink节点之间的角度和从Sink节点的确认包中获取的角度，将第一层节点与Sink节点统一坐标系；a-5).广播激活包，第一层节点通过将与Sink节点之间的距离角度保存到邻居列表中，并将自身的Level设置为1，完成自身的激活；并开始周期性广播激活包。

本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，步骤b)中所述的判断接收到激活包节点的状态通过以下步骤来实现：b-1).节点激活状态的判断，节点接收到广播的激活包后，首先判断自身是否已经被激活，如果没有被激活，则执行步骤c)；如果已经被激活，则执行步骤b-2)；b-2).判断来源节点是否在邻居列表中，已激活的节点接收到激活包，首先判断该激活包的来源节点是否在自己的邻居列表里，如果在，则执行步骤b-3)；如果不在，则执行步骤b-4)；b-3).在邻居列表中的处理，如果激活包的来源节点在自己的邻居列表中，则判断来源节点的级别，如果来源节点的Level大于自己Level，表明来源节点处于外侧，将激活包丢弃；如果来源节点的Level小于或等于自身的Level，则根据激活包的内容更新邻居列表，并向来源节点发送确认包；b-4).不在邻居列表中的处理，如果来源节点不在自己的邻居列表中，则将来源节点加入自己的邻居列表中，并计算来源节点与自己的相对位置和距离，并向来源节点发送确认包。

本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，步骤c)中所述的外层节点的激活和定位通过以下步骤来实现：c-1).等待接收足够数量的激活包，外层节点接收到一个激活包后并不立即开始定位过程，需等待其他激活包；c-2).选择两个激活包，当至少两个激活包到达某外层节点后，该节点选择最早到达的两个激活包，向其来源节点发送确认包；c-3).统一坐标系，收到确认包的两个节点定向给该节点发送确认包，帮助其统一坐标系；c-4).距离和角度信息的确定，该节点根据这两个节点与Sink节点的距离和角度信息，以及该节点与这两个节点之间的距离和角度信息，计算出自己到Sink节点的距离和角度，并将这两个节点加入到自己的邻居节点列表中；c-5).该外层节点完成激活后，开始扩散激活包，帮助其他外层节点定位。

本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，步骤c-4)中所述的距离和角度信息的确定通过以下步骤来实现：

c-4-1).两个节点之间距离的计算，假设节点C接收到了分别来至节点A和节点B的激活包，节点A的激活包中所包含的其与Sink节点的距离和角度分别记为α和l_A,节点B的激活包中所包含的其与Sink节点的距离和角度分别记为β和l_B，Sink节点记为S，则节点A与B之间的距离l_AB通过三角函数公式(1)进行求取：

$l_{AB}=\sqrt{l_A^2+l_B^2-2l_A{l}_{B}cos(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}---\left(1\right)$

c-4-2).求取角度ABS和BAS，在节点A、B和C形成的三角形内，根据三角函数公式(2)计算出∠ABS和∠BAS：

$\∠ABS=arccos\left(\right(l_B^2+l_{AB}^2-l_A^2)/2l_B{l}_{AB})$ (2)

$\∠BAS=arccos\left(\right(l_A^2+l_{AB}^2-l_B^2)/2l_A{l}_{AB})$

c-4-3).计算节点A、B与节点C之间的距离，设O表示Sink节点的零度方向，则∠ACO和∠BCO可以由C节点根据数据包方向测量得到，节点C首先利用公式(3)计算得到∠SAC和∠SBC：

∠SAC＝180°-(180°-∠ACO)-α＝|∠ACO-α|(3)

∠SBC＝180°-(180°-∠BCO)-β＝|∠BCO-β|

然后利用公式(4)计算得到∠BAC和∠ABC：

∠BAC＝∠SAC-∠BAS(4)

∠ABC＝∠SBC-∠ABS

进而利用三角函数公式(5)和(6)分别计算出l_AC和l_BC：

$l_{AC}=\frac{sin(\∠ABC)\·l_{AB}}{sin(\mathrm{\π}-\∠ABC-\∠BAC)}---\left(5\right)$

$l_{BC}=\frac{sin(\∠BAC)\·l_{AB}}{sin(\mathrm{\π}-\∠ABC-\∠BAC)}---\left(6\right)$

c-4-4).计算C与Sink节点的距离和角度，节点C首先按照公式(7)计算出节点C与Sink节点之间的距离l_SC：

$l_{SC}=\sqrt{l_B^2+l_{BC}^2-2l_{BA}{l}_{BC}cos\left(\∠SBC\right)}---\left(7\right)$

然后，节点C根据公式(8)计算出∠SCB：

$\∠SCB=arccos\left(\right(l_{SC}^2+l_{BC}^2-l_B^2)/2l_{SC}{l}_{BC})---\left(8\right)$

最后按照公式(9)计算得到∠SCO:

∠SCO＝∠SCB+∠BCO(9)

l_SC、∠SCO即C节点相对于汇聚节点Sink的距离和角度；C节点中保存A、B节点作为邻居节点信息，C节点信息同样分别保存在A、B节点中，至此C节点激活完成。

本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，步骤a)或步骤c)中所述的两节点之间的距离d通过以下公式来求取：

$d=\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{P_T{G}_T{G}_R}{16{\mathrm{\π}}^2{P}_R}}---\left(10\right)$

其中P_R是接收功率，P_T是发送功率，G_T是发送端天线增益，G_R是接收端天线增益，λ是无线信号波长。

本发明的有益效果是：本发明的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，Sink外围的第一层节点通过获取与Sink节点之间的距离和角度信息，来实现自身的激活；第一层节点外的外层节点，利用两个节点所发送的激活包进行定位，通过两个节点与Sink节点之间的距离和角度，以及两个节点与待激活节点之间的距离和角度，计算出该节点与Sink节点之间的距离和角度，实现激活。与现有的无锚点定位算法相比，节点无需ID，增加了整个无线传感器网络的灵活性，节点定位计算量小，能量消耗少，延长了整个无线传感器网络的寿命。

附图说明

图1为本发明的面向无身份标识无线传感器网络中节点的部署示意图；

图2为本发明中由Sink节点逐层向外激活节点的过程示意图；

图3为本发明中外层节点向内层发送确认包的过程示意图；

图4为本发明中Sink节点帮助外侧节点定位的过程示意图；

图5为本发明中节点间的邻居关系示意图；

图6为本发明中Sink节点的邻居节点发现与定位示意图；

图7为本发明中外层节点统一坐标系方向的原理图；

图8为本发明中邻居节点间的相互发现过程示意图；

图9为本发明中外层节点计算角度和距离的过程示意图。

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。

通过对网路模型的分析，发现现有的面向WSNs的研究大都存在节点功能过强，结构不灵活，面向具体应用设计的问题，进而导致基于这些模型研究的算法通用性较差。基于这一情况，本文对模型中节点的功能尽量弱化，网络的结构不加限制，更加灵活。

如图1所示，给出了本发明的面向无身份标识无线传感器网络中节点的部署示意图，其具有如下特点：

1)网络中的所有节点都是随机部署的，数量不限。

2)网络中有且只有一个汇聚节点，汇聚节点的计算能力、通信能力、存储能力以及能量都不受限。

3)网络中传感节点均相同，不设置ID，具有同样的计算能力和初始能量。

4)所有的传感节点都没有装备定位装置，初始状态下节点的坐标系不统一。

5)信息的传输通道是对称的，即从节点A到节点B和从节点B到节点A所消耗的能量相同。

6)节点可以根据传送距离自主控制传送信息的能量。

7)信息的冲突控制和信道分配由MAC协议完成，不在本方法的考虑范围内。

节点间传递的数据包结构定义为：(Pkt-typ,Level,Dis,Ang,Pow)。Pkt-typ为数据包的类型，分为激活包(ACT)和确认包(CON)；Level表示包的级别，由Sink节点发出的数据包级别为0；Dis和Ang分别表示来源节点到Sink节点或两个节点间的距离和角度；Pow为数据包的发送功率，单个包发送功率固定为P₀。

该发明提出一种分布式的阶梯扩散定位方法，利用汇聚节点发送包含距离和角度的数据包，为WSNs中的传感节点进行全局精确定位。节点部署在感应区域如图1所示。

由于设定汇聚节点的能量和传输能力不受限，将其设为全局坐标系的原点。如图2所示，给出了发明中由Sink节点逐层向外激活节点的过程示意图，汇聚节点Sink以广播的方式发送激活数据包；如图3所示，给出了发明中外层节点向内层发送确认包的过程示意图，传感节点收到激活包后，利用来源信息进行坐标系转换，计算自己相对汇聚节点的距离和角度。利用公式(11)——无线信道信号能量衰减公式，其中P_R是接收功率，P_T是发送功率，G_T是发送端天线增益，G_R是接收端天线增益，λ是无线信号波长，d是节点间距离，推导出距离计算公式如(10)所示。同时利用角度测量装置获得相对汇聚节点的角度。节点利用这些信息创建自己的激活包，向更外层的节点扩散激活包，单个包的能量固定。更外层的节点收到激活包后，直到来源节点超过两个，利用不同节点的位置信息与三角函数公式计算自己相对汇聚节点的位置。Sink节点帮助外侧节点定位的过程如图4所示。不断重复上述过程，直到所有节点被激活。在节点被激活的同时，保存一个邻居节点列表，里面存放自己的邻居节点和邻居节点与自己的相对位置。节点间的邻居关系如图5所示。

$P_R=P_T{G}_T{G}_R{\left(\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}d}\right)}^2---\left(11\right)$

$d=\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{P_T{G}_T{G}_R}{16{\mathrm{\π}}^2{P}_R}}---\left(10\right)$

Sink节点的邻居节点的激活与定位。如图6所示，给出了本发明中Sink节点的邻居节点发现与定位示意图，Sink节点周期性发送激活包，收到Sink节点激活包的节点A先测量来源包的角度β和接收功率P_R，根据公式(10)计算自己到Sink节点的距离l_A，然后向Sink发送确认包。Sink收到确认包后，发送确认包给A，并将A放入自己的邻居列表中。A收到Sink的确认包后，如图7，给出了本发明中外层节点统一坐标系方向的原理图，利用公式(12)计算出的角度，调整自己的坐标系与Sink统一，将自己的Level设为1并将Sink放入自己的邻居列表。至此A被激活。

$\mathrm{\α}+\mathrm{\β}+\mathrm{\γ}=180\⇒\mathrm{\γ}=180-\mathrm{\α}-\mathrm{\β}---\left(3\right)$

以A节点为代表的传感节点向其他方向发送激活包。其他节点收到激活包可分为两种情况：一是收到激活包的节点已被激活，而是收到激活包的节点未被激活。

已激活的节点收到激活包。首先判断该激活包的来源节点是否在自己的邻居列表里。如果在，且该包的Level大于自己的Level，则丢弃该包；若该包的Level不大于自己的Level，则根据激活包信息更新邻居列表中该节点条目。

如果不在，即如图8所示，给出了本发明中邻居节点间的相互发现过程示意图，收到A的激活包的B节点也已被激活，其相对汇聚节点的位置为(l_B，β)，B根据A的激活包里的Level发现是同一层的邻居节点，并测得B到A的角度为λ，B到A距离如公式(1)所示，然后向A发回确认包。同时A、B分别将对方加入自己的邻居节点链接表中，A中存放B的位置信息为(l_AB，λ)，B中存放A的位置信息为(l_BA，180°-λ)。

未被激活的外层节点的激活与定位。收到A的激活包的C节点未被激活，则需要C继续等待，直到有两个以上的不同节点发送的激活包到达C之后，再开始激活步骤。

假设C分别收到了来自A和B两个节点的激活包，然后对两个包进行反馈，如图9所示，给出了本发明中外层节点计算角度和距离的过程示意图。在图9中，C可以计算出AB间距离，因为来自A和B的激活包中分别包含A与B节点到汇聚节点的角度和距离，计算如公式(1)。

$l_{AB}=\sqrt{l_A^2+l_B^2-2l_A{l}_{B}cos(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}---\left(1\right)$

O表示零度角方向，则∠ACO和∠BCO可以由C节点根据数据包方向测量得到，而且C同样可以利用三角函数公式和l_A，l_B以及l_AB计算得到∠ABS、∠BAS，计算过程如公式(2)。

$\∠ABS=\arccos \left(\left(l_B^2+l_{AB}^2-l_A^2\right)/2l_B{l}_{AB}\right)$ (2)

$\∠BAS=\arccos \left(\left(l_A^2+l_{AB}^2-l_B^2\right)/2l_A{l}_{AB}\right)$

有了这些信息之后，C节点还可以利用公式(3)计算得到∠SAC和∠SBC，以及利用公式(4)计算得到∠ABC和∠CAB。进而可以利用三角函数公式计算出l_AC和l_BC，如公式(5)和公式(6)。

∠SAC＝180°-(180°-∠ACO)-α＝|∠ACO-α|(3)

∠SBC＝180°-(180°-∠BCO)-β＝|∠BCO-β|

∠BAC＝∠SAC-∠BAS(4)

∠ABC＝∠SBC-∠ABS

$l_{AC}=\frac{sin(\∠ABC)\·l_{AB}}{sin(\mathrm{\π}-\∠ABC-\∠BAC)}---\left(5\right)$

$l_{BC}=\frac{sin(\∠BAC)\·l_{AB}}{sin(\mathrm{\π}-\∠ABC-\∠BAC)}---\left(6\right)$

在获得了∠SAC、∠SBC以及l_AC和l_BC之后，C节点可以按照公式(7)计算出l_SC，过程如图9。C节点可以利用公式(8)计算出∠SCB，进而按公式(9)计算得到∠SCO，l_SC和∠SCO，即C节点相对汇聚节点的位置。在C节点中保存A、B节点作为邻居节点信息，C节点的信息同样分别保存在A、B节点中，至此C节点激活完成。所有level大于1的节点都采用该步骤激活。

$l_{SC}=\sqrt{l_B^2+l_{BC}^2-2l_{BA}{l}_{BC}cos\left(\∠SBC\right)}---\left(7\right)$

$\∠SCB=arccos\left(\right(l_{SC}^2+l_{BC}^2-l_B^2)/2l_{SC}{l}_{BC})---\left(8\right)$

∠SCO＝∠SCB+∠BCO(9)

孤立节点和新加入节点的激活与定位。当某节点长时间为被激活，或有新的节点加入时，该节点开始周期性的向四周广播激活包，激活包的内容为(ACT，NULL，NULL，NULL，P₀)。如此时有节点对其进行回应，需等待直到有两个以上确认包到达该节点才能开始激活和定位步骤，其步骤与“未被激活的外层节点的激活与定位”的步骤一致。

Claims (6)

1.一种面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，无线传感器网络由一个汇聚节点Sink节点和若干传感节点组成，Sink节点的计算能力、通信能力、存储能力和能量都不受限，每个传感节点不设置ID、具有同样的计算能力和初始能量，Sink节点和传感节点均设置有可测量信号来源方向的角度测量装置；节点间传递的数据包结构定义为：(Pkt-typ,Level，Dis，Ang,Pow)，Pkt-typ为数据包的类型，分为激活包ACT和确认包CON，Level表示包的级别，由Sink节点发出的数据包级别为0，Dis和Ang分别表示来源节点到Sink节点或两个节点间的距离和角度，Pow为数据包的发送功率，单个包发送功率固定为P₀；其特征在于，所述定位方法通过以下步骤来实现：

a).Sink节点的邻居节点的激活和定位，Sink节点向四周广播激活包，能清晰的接收到Sink节点激活包的节点为Sink节点的单跳邻居节点，统称为第一层节点；第一层节点首先利用Sink节点发送的信息将自己的坐标系与Sink节点统一，然后再计算出与Sink节点间的角度和距离，通过保存与Sink节点间的角度和距离信息将其加入到自己的邻居列表中，实现自身激活；第一层节点的级别Level均标记为1；

b).判断接收到激活包节点的状态，节点激活后，向四周广播激活包，如果收到广播激活包的节点未被激活，执行步骤c)；如果收到广播激活包的节点已被激活，则根据激活包的来源节点是否在自己的邻居列表里以及来源节点的级别Level，选择性地添加或更新邻居列表；

c).外层节点的激活和定位，无线传感器网络中除Sink节点和第一层节点外，统称为外层节点，外层节点采用阶梯扩散式的方法逐级定位；未被激活的外层节点接收到一个激活包后，继续等待接收其他激活包；当接收到两个或两个以上节点发送的激活包后，利用最先发出前两个激活包的节点与Sink节点的距离和角度，以及该未被激活节点与最先发出前两个激活包的节点之间的距离和角度，计算出该未被激活节点与Sink节点的距离和角度，实现节点的激活；通过该步骤激活节点的Level是其所利用的两节点中最小的Level加1；

除第一层节点外的所有外层节点均采用本步骤中的方法进行定位，直至所有的节点定位完毕；

d).孤立节点和新加入节点的激活和定位，部署后长时间未被激活的节点或者新加入的节点，向四周广播激活包，等待确认包，当有至少两个激活包到达时采用步骤c)中的方法进行定位。

2.根据权利要求1所述的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，其特征在于，步骤a)中所述的Sink节点的邻居节点的激活和定位通过以下步骤来实现：

a-1).广播激活包，Sink节点周期性广播激活包，并拒绝接收所有激活包；

a-2).获取与Sink节点的距离和角度，Sink节点的单跳邻居节点，即第一层节点可接收到此激活包，第一层节点根据包的来源，利用角度测量装置获取与Sink节点的角度差，根据激活包发送过来的能量值计算获得自身到Sink节点的距离；并向Sink节点发送包括所计算的角度和距离信息在内的确认包；

a-3).获取与源节点的距离和角度，Sink节点收到确认包，同时测量该确认包的到达角度和来源节点的距离，获取来源节点相对于自己的角度和距离，并将源节点信息添加至自己的邻居列表中；然后将自己测得的角度和距离放入确认数据包中发送给来源节点；

a-4).统一坐标系，第一层节点接收到来自Sink节点的确认包后，利用自己测量的与Sink节点之间的角度和从Sink节点的确认包中获取的角度，将第一层节点与Sink节点统一坐标系；

a-5).广播激活包，第一层节点通过将与Sink节点之间的距离角度保存到邻居列表中，并将自身的Level设置为1，完成自身的激活；并开始周期性广播激活包。

3.根据权利要求1或2所述的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，其特征在于，步骤b)中所述的判断接收到激活包节点的状态通过以下步骤来实现：

b-1).节点激活状态的判断，节点接收到广播的激活包后，首先判断自身是否已经被激活，如果没有被激活，则执行步骤c)；如果已经被激活，则执行步骤b-2)；

b-2).判断来源节点是否在邻居列表中，已激活的节点接收到激活包，首先判断该激活包的来源节点是否在自己的邻居列表里，如果在，则执行步骤b-3)；如果不在，则执行步骤b-4)；

b-3).在邻居列表中的处理，如果激活包的来源节点在自己的邻居列表中，则判断来源节点的级别，如果来源节点的Level大于自己Level，表明来源节点处于外侧，将激活包丢弃；如果来源节点的Level小于或等于自身的Level，则根据激活包的内容更新邻居列表，并向来源节点发送确认包；

b-4).不在邻居列表中的处理，如果来源节点不在自己的邻居列表中，则将来源节点加入自己的邻居列表中，并计算来源节点与自己的相对位置和距离，并向来源节点发送确认包。

4.根据权利要求1或2所述的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，其特征在于，步骤c)中所述的外层节点的激活和定位通过以下步骤来实现：

c-1).等待接收足够数量的激活包，外层节点接收到一个激活包后并不立即开始定位过程，需等待其他激活包；

c-2).选择两个激活包，当至少两个激活包到达某外层节点后，该节点选择最早到达的两个激活包，向其来源节点发送确认包；

c-3).统一坐标系，收到确认包的两个节点定向给该节点发送确认包，帮助其统一坐标系；

c-4).距离和角度信息的确定，该节点根据这两个节点与Sink节点的距离和角度信息，以及该节点与这两个节点之间的距离和角度信息，计算出自己到Sink节点的距离和角度，并将这两个节点加入到自己的邻居节点列表中；

c-5).该外层节点完成激活后，开始扩散激活包，帮助其他外层节点定位。

5.根据权利要求4所述的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，其特征在于，步骤c-4)中所述的距离和角度信息的确定通过以下步骤来实现：

c-4-1).两个节点之间距离的计算，假设节点C接收到了分别来至节点A和节点B的激活包，节点A的激活包中所包含的其与Sink节点的距离和角度分别记为α和l_A,节点B的激活包中所包含的其与Sink节点的距离和角度分别记为β和l_B，Sink节点记为S，则节点A与B之间的距离l_AB通过三角函数公式(1)进行求取：

$l_{AB}=\sqrt{l_A^2+l_B^2-2l_A{l}_{B}cos(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}---\left(1\right)$

c-4-2).求取角度ABS和BAS，在节点A、B和C形成的三角形内，根据三角函数公式(2)计算出∠ABS和∠BAS：

$\begin{array}{c}\∠ABS=\arccos \left(\left(l_B^2+l_{AB}^2-l_A^2\right)/2l_B{l}_{AB}\right)\\ \∠BAS=\arccos \left(\left(l_A^2+l_{AB}^2-l_B^2\right)/2l_A{l}_{AB}\right)\end{array}---\left(2\right)$

c-4-3).计算节点A、B与节点C之间的距离，设O表示Sink节点的零度方向，则∠ACO和∠BCO可以由C节点根据数据包方向测量得到，节点C首先利用公式(3)计算得到∠SAC和∠SBC：

∠SAC＝180°-(180°-∠ACO)-α＝|∠ACO-α|

∠SBC＝180°-(180°-∠BCO)-β＝|∠BCO-β|(3)

然后利用公式(4)计算得到∠BAC和∠ABC：

∠BAC＝∠SAC-∠BAS

∠ABC＝∠SBC-∠ABS(4)

进而利用三角函数公式(5)和(6)分别计算出l_AC和l_BC：

$l_{AC}=\frac{sin(\∠ABC)\·l_{AB}}{sin(\mathrm{\π}-\∠ABC-\∠BAC)}---\left(5\right)$

$l_{BC}=\frac{sin(\∠BAC)\·l_{AB}}{sin(\mathrm{\π}-\∠ABC-\∠BAC)}---\left(6\right)$

c-4-4).计算C与Sink节点的距离和角度，节点C首先按照公式(7)计算出节点C与Sink节点之间的距离l_SC：

$l_{SC}=\sqrt{l_B^2+l_{BC}^2-2l_{BA}{l}_{BC}cos\left(\∠SBC\right)}---\left(7\right)$

然后，节点C根据公式(8)计算出∠SCB：

$\∠SCB=arccos\left(\right(l_{SC}^2+l_{BC}^2-l_B^2)/2l_{SC}{l}_{BC})---\left(8\right)$

最后按照公式(9)计算得到∠SCO:

∠SCO＝∠SCB+∠BCO(9)

l_SC、∠SCO即C节点相对于汇聚节点Sink的距离和角度；C节点中保存A、B节点作为邻居节点信息，C节点信息同样分别保存在A、B节点中，至此C节点激活完成。

6.根据权利要求1或2所述的面向无身份标识无线传感器网络的高效无锚点定位方法，其特征在于，步骤a)或步骤c)中所述的两节点之间的距离d通过以下公式来求取：

$d=\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{P_T{G}_T{G}_R}{16{\mathrm{\π}}^2{P}_R}}---\left(10\right)$

其中P_R是接收功率，P_T是发送功率，G_T是发送端天线增益，G_R是接收端天线增益，λ是无线信号波长。