CN105824007B - 无线传感器网络测距定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线传感器网络定位技术，具体为无线传感器网络测距定位方法。解决现有技术定位精度低及算法复杂的问题。本发明所述方法先利用面积值确定未知节点与信标节点的相对位置，通过建立系数T A 、T B 、T C 与区域关系的方法，直接求解未知节点坐标并进行了坐标值优化，通过仿真分析并且与其它的一些算法进行对比，本发明所述方法提高了算法的精度，降低了算法的复杂度，减少节点的能量消耗，延长了节点的生命周期。

Description

无线传感器网络测距定位方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络定位技术，具体为无线传感器网络测距定位方法。主要应用在无线传感器网络中获取传感器节点准确的位置信息。
背景技术
近年来物联网技术不断取得新的成果，已经运用到国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、抗灾抢险等领域，作为物联网底层重要技术之一的无线传感器网络已经成为了研究热点。其中，通过定位算法获取准确的位置信息是无线传感器网络十分重要的一项内容。
与DV-HOP算法等基于非测距的定位算法不同，基于测距的定位算法需要进行距离测量，但它的定位精度高于前者。与此相关的一些算法有，三边定位算法，三边质心定位算法、粒子群定位算法等。这些现有的部分算法要么定位精度较低(如，质心定位算法)，要么算法需要进行大量的迭代运算而过于复杂(如，粒子群定位算法)。
发明内容
本发明解决现有算法技术定位精度低及算法复杂的问题，提供一种无线传感器网络测距定位方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：无线传感器网络测距定位方法，是由如下步骤实现的：
Z1:未知节点P接受周围信标节点的信号，并将接收到的信号强度值转化为未知节点和信标节点之间的距离值；
Z2:设定该未知节点P接受到信号的信标节点数量为m，m≧3，以任3个位置不共线的信标节点为一组，一共k组；
Z3：从第一组信标节点一直到第k组信标节点依次计算未知节点P的坐标，一共得到k个坐标，分别表示为(xp1,yp1)，……(xpk,ypk)。选取其中第u组信标节点，u取值为1到k，将该组信标节点设定为A、B、C，计算出未知节点P的坐标(xpu,ypu)，为上述k个坐标之一。3个信标节点A、B、C将整个平面划分成七个区域：
区域1：3个信标节点A、B、C构成的三角形内部区域；
区域2：信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点A和信标节点C构成的线段AC、信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线围成的区域；
区域3：信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点B构成的线段AB、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域；
区域4：信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点以外的直线、信标节点B和信标节点C构成的线段BC、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域；
区域5：信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域；
区域6：信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点以外的直线围成的区域；
区域7：信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域；
Z4:确定未知节点P所处区域：
满足公式：SABC＝SABP+SACP+SBCP未知节点P在区域1；
满足公式：SABP+SBCP＝SABC+SACP未知节点P在区域2；
满足公式：SACP+SBCP＝SABC+SABP未知节点P在区域3；
满足公式：SACP+SABP＝SABC+SBCP未知节点P在区域4；
满足公式：SABP＝SACP+SABC+SBCP未知节点P在区域5；
满足公式：SACP＝SABP+SABC+SBCP未知节点P在区域6；
满足公式：SBCP＝SACP+SABC+SABP未知节点P在区域7；
其中S为采用海伦公式算出的相应三角形的面积，S下标中的三个字母为三角形的三个顶点。
Z5：未知节点P第u个坐标(xpu,ypu)的计算公式如下：
xpu＝TA·xa+TB·xb+TC·xc
ypu＝TA·ya+TB·yb+TC·yc
其中，(xa,ya)为信标节点A的坐标，(xb,yb)为信标节点B的坐标，(xc,yc)为信标节点C的坐标；TA、TB、TC为区域系数，与P点所在区域有关。
未知节点P处于区域1时，
未知节点P处于区域2时，
未知节点P处于区域3时，
未知节点P处于区域4时，
未知节点P处于区域5时，
未知节点P处于区域6时，
未知节点P处于区域7时，
Z6:坐标值优化
当k≤5时，求取未知节点P的k个坐标(xp1,yp1)，……(xpk,ypk)的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标；
当k>5时，计算每一个未知节点坐标分别到其余未知节点坐标的距离，得到k-1个距离值并求它们的和，如此得到k个和值，将k个和值由小到大排序，保留前五个和值，求前五个和值对应未知节点坐标的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标。
本发明所述方法先利用面积值确定未知节点与信标节点的相对位置，通过建立系数TA、TB、TC与区域关系的方法，直接求解未知节点坐标并进行了坐标值优化，通过仿真分析并且与其它的一些算法进行对比，本发明所述方法提高了算法的精度，降低了算法的复杂度，减少节点的能量消耗，延长了节点的生命周期。
附图说明
图1为步骤Z3三个信标节点A、B、C将整个平面划分成七个区域的示意图。
具体实施方式
无线传感器网络测距定位方法，是由如下步骤实现的：
Z1:未知节点P接受周围信标节点的信号，并将接收到的信号强度值转化为未知节点和信标节点之间的距离值；这里转化采用的是公知的对数—常数无线信号传播模型。
Z2:设定该未知节点P接受到信号的信标节点数量为m，m≧3，以任3个位置不共线的信标节点为一组，一共k组；
Z3：从第一组信标节点一直到第k组信标节点依次计算未知节点P的坐标，一共得到k个坐标，分别表示为(xp1,yp1)，……(xpk,ypk)；选取其中第u组信标节点，u取值为1到k，将该组信标节点设定为A、B、C，计算出未知节点P的坐标(xpu,ypu)，为上述k个坐标之一。3个信标节点A、B、C将整个平面划分成七个区域：
区域1：3个信标节点A、B、C构成的三角形内部区域；
区域2：信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点A和信标节点C构成的线段AC、信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线围成的区域；
区域3：信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点B构成的线段AB、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域；
区域4：信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点以外的直线、信标节点B和信标节点C构成的线段BC、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域；
区域5：信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域；
区域6：信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点以外的直线围成的区域；
区域7：信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域；
Z4:确定未知节点P所处区域：
满足公式：SABC＝SABP+SACP+SBCP未知节点P在区域1；
满足公式：SABP+SBCP＝SABC+SACP未知节点P在区域2；
满足公式：SACP+SBCP＝SABC+SABP未知节点P在区域3；
满足公式：SACP+SABP＝SABC+SBCP未知节点P在区域4；
满足公式：SABP＝SACP+SABC+SBCP未知节点P在区域5；
满足公式：SACP＝SABP+SABC+SBCP未知节点P在区域6；
满足公式：SBCP＝SACP+SABC+SABP未知节点P在区域7；
其中S为采用海伦公式算出的相应三角形的面积，S下标中的三个字母为三角形的三个顶点；
所述的海伦公式为公知常识：
式中：S为三角形面积，L1、L2、L3代表三角形的三条边长。
Z5:未知节点P第u个坐标(xpu,ypu)的计算公式如下：
xpu＝TA·xa+TB·xb+TC·xc
ypu＝TA·ya+TB·yb+TC·yc
其中，(xa,ya)为信标节点A的坐标，(xb,yb)为信标节点B的坐标，(xc,yc)为信标节点C的坐标；TA、TB、TC为区域系数，与P点所在区域有关。
未知节点P处于区域1时，
未知节点P处于区域2时，
未知节点P处于区域3时，
未知节点P处于区域4时，
未知节点P处于区域5时，
未知节点P处于区域6时，
未知节点P处于区域7时，
Z6:坐标值优化
当k≤5时，求取未知节点P的k个坐标(xp1,yp1)，……(xpk,ypk)的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标；
当k>5时，计算每一个未知节点坐标分别到其余未知节点坐标的距离，得到k-1个距离值并求它们的和，如此得到k个和值，将k个和值由小到大排序，保留前五个和值，求前五个和值对应未知节点坐标的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标。

Claims (1)

1.一种无线传感器网络测距定位方法，是由如下步骤实现的：
Z1:未知节点P接受周围信标节点的信号，并将接收到的信号强度值转化为未知节点和信标节点之间的距离值；
Z2:设定该未知节点P接受到信号的信标节点数量为m，m≧3，以任3个位置不共线的信标节点为一组，一共k组；
其特征在于
Z3：从第一组信标节点一直到第k组信标节点依次计算未知节点P的坐标，一共得到k个坐标，分别表示为(xp1,yp1)，……(xpk,ypk)；选取其中第u组信标节点，u取值为1到k，将该组信标节点设定为A、B、C，计算出未知节点P的坐标(xpu,ypu)，为上述k个坐标之一；3个信标节点A、B、C将整个平面划分成七个区域：
区域1：3个信标节点A、B、C构成的三角形内部区域；
区域2：信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点A和信标节点C构成的线段AC、信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线围成的区域；
区域3：信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点B构成的线段AB、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域；
区域4：信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点以外的直线、信标节点B和信标节点C构成的线段BC、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域；
区域5：信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域；
区域6：信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点以外的直线围成的区域；
区域7：信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域；
Z4:确定未知节点P所处区域：
满足公式：SABC＝SABP+SACP+SBCP未知节点P在区域1；
满足公式：SABP+SBCP＝SABC+SACP未知节点P在区域2；
满足公式：SACP+SBCP＝SABC+SABP未知节点P在区域3；
满足公式：SACP+SABP＝SABC+SBCP未知节点P在区域4；
满足公式：SABP＝SACP+SABC+SBCP未知节点P在区域5；
满足公式：SACP＝SABP+SABC+SBCP未知节点P在区域6；
满足公式：SBCP＝SACP+SABC+SABP未知节点P在区域7；
其中S为采用海伦公式算出的相应三角形的面积，S下标中的三个字母为三角形的三个顶点；
Z5：未知节点P第u个坐标(xpu,ypu)的计算公式如下：
xpu＝TA·xa+TB·xb+TC·xc
ypu＝TA·ya+TB·yb+TC·yc
其中，(xa,ya)为信标节点A的坐标，(xb,yb)为信标节点B的坐标，(xc,yc)为信标节点C的坐标；TA、TB、TC为区域系数，与P点所在区域有关，
未知节点P处于区域1时，
未知节点P处于区域2时，
未知节点P处于区域3时，
未知节点P处于区域4时，
未知节点P处于区域5时，
未知节点P处于区域6时，
未知节点P处于区域7时，
Z6:坐标值优化
当k≤5时，求取未知节点P的k个坐标(xp1,yp1)，……(xpk,ypk)的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标；
当k>5时，计算每一个未知节点坐标分别到其余未知节点坐标的距离，得到k-1个距离值并求它们的和，如此得到k个和值，将k个和值由小到大排序，保留前五个和值，求前五个和值对应未知节点坐标的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标。
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