CN108668256B - 无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法 - Google Patents

无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108668256B
CN108668256B CN201810887868.6A CN201810887868A CN108668256B CN 108668256 B CN108668256 B CN 108668256B CN 201810887868 A CN201810887868 A CN 201810887868A CN 108668256 B CN108668256 B CN 108668256B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
line
unknown node
straight line
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201810887868.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108668256A (zh
Inventor
乔学工
王华倩
段亚青
周文祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201810887868.6A priority Critical patent/CN108668256B/zh
Publication of CN108668256A publication Critical patent/CN108668256A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108668256B publication Critical patent/CN108668256B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/38Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0278Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves involving statistical or probabilistic considerations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/006Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management with additional information processing, e.g. for direction or speed determination
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

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未知传感器节点的距离差值定位方法。解决现有基于测距的定位算法定位精度低及算法复杂的问题。本发明所述方法先利用节点间接收到的信号强度值转化为节点间距离值,通过公边比例定理,利用未知节点P周围任意3个信标节点A、B、C,求出未知节点P的三个可能的坐标,并对其进行判定,最终完成未知节点坐标定位。本发明所述方法提高了算法的精度,降低了算法的复杂度,减少了节点的能量消耗,延长了节点的生命周期。

Description

无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法
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未知传感器节点的距离差值定位方法,主要用于获取无线传感器网络未知传感器节点的准确位置信息。
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。
定位算法分成基于非测距的定位算法(如,DV-HOP算法)和基于测距的定位算法。基于测距的定位算法的定位精度高于基于非测距的定位算法。与基于测距的定位算法相关的一些算法有,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
本发明解决现有基于测距的定位算法定位精度低及算法复杂的问题,提供一种无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法。
本发明是采用如下技术方案实现的:无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法,是由如下步骤实现的:
Z1:未知节点P接收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接收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的第u个坐标(xPu,yPu),为上述k个坐标之一;3个信标节点A、B、C将整个平面划分成四个区域:
区域1:ΔABC区域;
区域2:∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
区域3:∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
区域4:∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
Z4:采集第u组三个信标节点A、B、C的坐标A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC);计算信标节点A到信标节点B之间的距离LAB;计算信标节点B到信标节点C之间的距离LBC;计算信标节点A到信标节点C之间的距离LAC;根据步骤Z1所得到的未知节点P到信标节点A之间的距离记为LPA,未知节点P到信标节点B之间的距离记为LPB;未知节点P到信标节点C之间的距离LPC
Z5:判断未知节点P、信标节点A、信标节点B、信标节点C的相对位置:
a)判断未知节点P是否在直线AB、直线BC、直线AC上:
当LAB=LPA+LPB或LAB=|LPA-LPB|时,未知节点P位于直线AB上,
当LAB=LPA+LPB时,未知节点P位于线段AB之间
LAB=LPA-LPB时,未知节点P位于线段AB延长线上
LAB=LPB-LPA时,未知节点P位于线段BA延长线上
当LAC=LPC+LPA或LAC=|LPC-LPA|时,未知节点P位于直线AC上,
当LAC=LPC+LPA时,未知节点P位于线段AC上
当LAC=LPC-LPA时,未知节点P位于线段CA延长线
当LAC=LPA-LPC时,未知节点P位于线段AC延长线
当LBC=LPC+LPB或LBC=|LPC-LPB|时,未知节点P位于直线BC上,
当LBC=LPC+LPB时,未知节点P位于线段BC上
当LBC=LPC-LPB时,未知节点P位于线段CB延长线上
当LBC=LPB-LPC时,未知节点P位于线段BC延长线上
b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时,
满足公式SΔABC=SΔPAB+SΔPAC+SΔPBC,未知节点P位于ΔABC区域内,未知节点P在区域1;
满足公式SΔPAB+SΔPAC=SΔABC+SΔPBC或者满足公式SΔPBC=SΔPAB+SΔABC+SΔPAC,未知节点P位于∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域2;
满足公式SΔPAC+SΔPBC=SΔABC+SΔPAB或者满足公式SΔPAB=SΔPAC+SΔABC+SΔPBC,未知节点P位于∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域3;
满足公式SΔPBC+SΔPAB=SΔABC+SΔPAC或者满足公式SΔPAC=SΔPBC+SΔABC+SΔPAB,未知节点P位于∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域4;
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;
Z6:未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)的计算公式如下:
a)当P点在直线AB、直线BC、直线AC上时,
当LAB=LPA+LPB或LAB=|LPA-LPB|时,未知节点P位于直线AB上,
当LAB=LPA+LPB时,未知节点P位于线段AB之间,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000031
Figure BDA0001755123360000032
当LAB=LPA-LPB时,未知节点P位于线段AB延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000033
Figure BDA0001755123360000034
当LAB=LPB-LPA时,未知节点P位于线段BA延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000035
Figure BDA0001755123360000036
当LAC=LPC+LPA或LAC=|LPC-LPA|时,未知节点P位于直线AC上,
当LAC=LPC+LPA时,未知节点P位于线段AC上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000037
Figure BDA0001755123360000038
当LAC=LPC-LPA时,未知节点P位于线段CA延长线,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000041
Figure BDA0001755123360000042
当LAC=LPA-LPC时,未知节点P位于线段AC延长线,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000043
Figure BDA0001755123360000044
当LBC=LPC+LPB或LBC=|LPC-LPB|时,未知节点P位于直线BC上,
当LBC=LPC+LPB时,未知节点P位于线段BC上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000045
Figure BDA0001755123360000046
当LBC=LPC-LPB时,未知节点P位于线段CB延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000047
Figure BDA0001755123360000048
当LBC=LPB-LPC时,未知节点P位于线段BC延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000049
Figure BDA00017551233600000410
b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时,
设A'是直线PA与直线BC的交点、B'是直线BP与直线AC的交点、C'是直线PC与直线AB的交点;
kBC代表直线BC的斜率的符号,若直线BC的斜率大于等于0,则kBC=1,若直线BC的斜率小于0,则kBC=-1;kAB代表直线AB的斜率的符号,若直线AB的斜率大于等于0,则kAB=1,若直线AB的斜率小于0,则kAB=-1;kAC代表直线AC的斜率的符号,若直线AC的斜率大于等于0,则kAC=1,若直线AC的斜率小于0,则kAC=-1。
1)当未知节点P位于区域1时,利用公边比例定理(至少在书名为《三线坐标与三角形特征点》,由哈尔滨工业大学出版社出版的,作者为吴悦辰,出版日期为2015年04月的出版物上有详细公开)可得:
由直线PA与直线BC交于A',有:
Figure BDA0001755123360000051
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000052
直线PB与直线AC交与B',有:
Figure BDA0001755123360000053
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000054
直线PC与直线AB交于C',有:
Figure BDA0001755123360000055
C'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000056
2)当未知节点P位于区域2时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交于A',有:
Figure BDA0001755123360000057
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000061
直线PB与直线AC交与B',有:
Figure BDA0001755123360000062
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000063
直线PC与直线AB交于C',有:
Figure BDA0001755123360000064
C'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000065
3)当未知节点P位于区域3时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交与A',有:
Figure BDA0001755123360000066
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000067
直线PB与直线AC交于B',有:
Figure BDA0001755123360000068
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000069
直线PC与直线AB交于C',有:
Figure BDA0001755123360000071
C'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000072
4)当未知节点P位于区域4时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交于A',有:
Figure BDA0001755123360000073
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000074
直线PB与直线AC交于B',有:
Figure BDA0001755123360000075
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000076
直线PC与直线AB交与C',有:
Figure BDA0001755123360000077
C'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000078
设直线AA'与直线BB'的交点为(xPu1,yPu1),直线AA'和直线CC'的交点为(xPu2,yPu2),直线BB'和直线CC'的交点为(xPu3,yPu3);
用距离差判别法确定未知节点P第u个坐标(xPu,yPu):
分别计算(xPu1,yPu1)、(xPu2,yPu2)、(xPu3,yPu3)的距离差值d(i),i的取值为1、2、3,取d(i)的最小值对应的坐标作为未知节点P第u个坐标(xPu,yPu):
Figure BDA0001755123360000081
Z7:坐标值优化
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。
本发明所述方法先利用节点间接收到的信号强度值转化为节点间距离值,通过公边比例定理,利用未知节点P周围任意3个信标节点A、B、C,求出未知节点P的三个可能的坐标,并对其进行判定,最终完成未知节点坐标定位。本发明所述方法提高了算法的精度,降低了算法的复杂度,减少了节点的能量消耗,延长了节点的生命周期。
附图说明
图1为本发明所述方法的原理示意图。
具体实施方式
无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法,是由如下步骤实现的:
Z1:未知节点P接收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接收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的第u个坐标(xPu,yPu),为上述k个坐标之一;3个信标节点A、B、C将整个平面划分成四个区域:
区域1:ΔABC区域;
区域2:∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
区域3:∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
区域4:∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
Z4:采集第u组三个信标节点A、B、C的坐标A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC);计算信标节点A到信标节点B之间的距离LAB;计算信标节点B到信标节点C之间的距离LBC;计算信标节点A到信标节点C之间的距离LAC;根据步骤Z1所得到的未知节点P到信标节点A之间的距离记为LPA,未知节点P到信标节点B之间的距离记为LPB;未知节点P到信标节点C之间的距离LPC
Z5:判断未知节点P、信标节点A、信标节点B、信标节点C的相对位置:
a)判断未知节点P是否在直线AB、直线BC、直线AC上:
当LAB=LPA+LPB或LAB=|LPA-LPB|时,未知节点P位于直线AB上,
当LAB=LPA+LPB时,未知节点P位于线段AB之间
LAB=LPA-LPB时,未知节点P位于线段AB延长线上
LAB=LPB-LPA时,未知节点P位于线段BA延长线上
当LAC=LPC+LPA或LAC=|LPC-LPA|时,未知节点P位于直线AC上,
当LAC=LPC+LPA时,未知节点P位于线段AC上
当LAC=LPC-LPA时,未知节点P位于线段CA延长线
当LAC=LPA-LPC时,未知节点P位于线段AC延长线
当LBC=LPC+LPB或LBC=|LPC-LPB|时,未知节点P位于直线BC上,
当LBC=LPC+LPB时,未知节点P位于线段BC上
当LBC=LPC-LPB时,未知节点P位于线段CB延长线上
当LBC=LPB-LPC时,未知节点P位于线段BC延长线上
b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时,
满足公式SΔABC=SΔPAB+SΔPAC+SΔPBC,未知节点P位于ΔABC区域内,未知节点P在区域1;
满足公式SΔPAB+SΔPAC=SΔABC+SΔPBC或者满足公式SΔPBC=SΔPAB+SΔABC+SΔPAC,未知节点P位于∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域2;
满足公式SΔPAC+SΔPBC=SΔABC+SΔPAB或者满足公式SΔPAB=SΔPAC+SΔABC+SΔPBC,未知节点P位于∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域3;
满足公式SΔPBC+SΔPAB=SΔABC+SΔPAC或者满足公式SΔPAC=SΔPBC+SΔABC+SΔPAB,未知节点P位于∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域4;
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;
Z6:未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)的计算公式如下:
a)当P点在直线AB、直线BC、直线AC上时,
当LAB=LPA+LPB或LAB=|LPA-LPB|时,未知节点P位于直线AB上,
当LAB=LPA+LPB时,未知节点P位于线段AB之间,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000101
Figure BDA0001755123360000102
当LAB=LPA-LPB时,未知节点P位于线段AB延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000103
Figure BDA0001755123360000104
当LAB=LPB-LPA时,未知节点P位于线段BA延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000105
Figure BDA0001755123360000106
当LAC=LPC+LPA或LAC=|LPC-LPA|时,未知节点P位于直线AC上,
当LAC=LPC+LPA时,未知节点P位于线段AC上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000107
Figure BDA0001755123360000108
当LAC=LPC-LPA时,未知节点P位于线段CA延长线,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000109
Figure BDA0001755123360000111
当LAC=LPA-LPC时,未知节点P位于线段AC延长线,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000112
Figure BDA0001755123360000113
当LBC=LPC+LPB或LBC=|LPC-LPB|时,未知节点P位于直线BC上,
当LBC=LPC+LPB时,未知节点P位于线段BC上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000114
Figure BDA0001755123360000115
当LBC=LPC-LPB时,未知节点P位于线段CB延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000116
Figure BDA0001755123360000117
当LBC=LPB-LPC时,未知节点P位于线段BC延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure BDA0001755123360000118
Figure BDA0001755123360000119
b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时,
设A'是直线PA与直线BC的交点、B'是直线BP与直线AC的交点、C'是直线PC与直线AB的交点;
kBC代表直线BC的斜率的符号,若直线BC的斜率大于等于0,则kBC=1,若直线BC的斜率小于0,则kBC=-1;kAB代表直线AB的斜率的符号,若直线AB的斜率大于等于0,则kAB=1,若直线AB的斜率小于0,则kAB=-1;kAC代表直线AC的斜率的符号,若直线AC的斜率大于等于0,则kAC=1,若直线AC的斜率小于0,则kAC=-1。
1)当未知节点P位于区域1时,利用公边比例定理(至少在书名为《三线坐标与三角形特征点》,由哈尔滨工业大学出版社出版的,作者为吴悦辰,出版日期为2015年04月的出版物上有详细公开)可得:
由直线PA与直线BC交于A',有:
Figure BDA0001755123360000121
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000122
直线PB与直线AC交与B',有:
Figure BDA0001755123360000123
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000124
直线PC与直线AB交于C',有:
Figure BDA0001755123360000125
C'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000126
2)当未知节点P位于区域2时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交于A',有:
Figure BDA0001755123360000127
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000128
直线PB与直线AC交与B',有:
Figure BDA0001755123360000131
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000132
直线PC与直线AB交于C',有:
Figure BDA0001755123360000133
C'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000134
3)当未知节点P位于区域3时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交与A',有:
Figure BDA0001755123360000135
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000136
直线PB与直线AC交于B',有:
Figure BDA0001755123360000137
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000138
直线PC与直线AB交于C',有:
Figure BDA0001755123360000139
C'点的坐标表示为:
Figure BDA00017551233600001310
4)当未知节点P位于区域4时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交于A',有:
Figure BDA0001755123360000141
A'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000142
直线PB与直线AC交于B',有:
Figure BDA0001755123360000143
B'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000144
直线PC与直线AB交与C',有:
Figure BDA0001755123360000145
C'点的坐标表示为:
Figure BDA0001755123360000146
设直线AA'与直线BB'的交点为(xPu1,yPu1),直线AA'和直线CC'的交点为(xPu2,yPu2),直线BB'和直线CC'的交点为(xPu3,yPu3);
用距离差判别法确定未知节点P第u个坐标(xPu,yPu):
分别计算(xPu1,yPu1)、(xPu2,yPu2)、(xPu3,yPu3)的距离差值d(i),i的取值为1、2、3,取d(i)的最小值对应的坐标作为未知节点P第u个坐标(xPu,yPu):
Figure BDA0001755123360000147
Z7:坐标值优化
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。

Claims (1)

1.一种无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法,其特征在于,是由如下步骤实现的:
Z1:未知节点P接收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接收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的第u个坐标(xPu,yPu),为上述k个坐标之一;3个信标节点A、B、C将整个平面划分成四个区域:
区域1:ΔABC区域;
区域2:∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
区域3:∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
区域4:∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域;
Z4:采集第u组三个信标节点A、B、C的坐标A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC);计算信标节点A到信标节点B之间的距离LAB;计算信标节点B到信标节点C之间的距离LBC;计算信标节点A到信标节点C之间的距离LAC;根据步骤Z1所得到的未知节点P到信标节点A之间的距离记为LPA,未知节点P到信标节点B之间的距离记为LPB;未知节点P到信标节点C之间的距离LPC
Z5:判断未知节点P、信标节点A、信标节点B、信标节点C的相对位置:
a)判断未知节点P是否在直线AB、直线BC、直线AC上:
当LAB=LPA+LPB或LAB=|LPA-LPB|时,未知节点P位于直线AB上,
当LAB=LPA+LPB时,未知节点P位于线段AB之间
LAB=LPA-LPB时,未知节点P位于线段AB延长线上
LAB=LPB-LPA时,未知节点P位于线段BA延长线上
当LAC=LPC+LPA或LAC=|LPC-LPA|时,未知节点P位于直线AC上,
当LAC=LPC+LPA时,未知节点P位于线段AC上
当LAC=LPC-LPA时,未知节点P位于线段CA延长线
当LAC=LPA-LPC时,未知节点P位于线段AC延长线
当LBC=LPC+LPB或LBC=|LPC-LPB|时,未知节点P位于直线BC上,
当LBC=LPC+LPB时,未知节点P位于线段BC上
当LBC=LPC-LPB时,未知节点P位于线段CB延长线上
当LBC=LPB-LPC时,未知节点P位于线段BC延长线上
b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时,
满足公式SΔABC=SΔPAB+SΔPAC+SΔPBC,未知节点P位于ΔABC区域内,未知节点P在区域1;
满足公式SΔPAB+SΔPAC=SΔABC+SΔPBC或者满足公式SΔPBC=SΔPAB+SΔABC+SΔPAC,未知节点P位于∠BAC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域2;
满足公式SΔPAC+SΔPBC=SΔABC+SΔPAB或者满足公式SΔPAB=SΔPAC+SΔABC+SΔPBC,未知节点P位于∠ACB区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域3;
满足公式SΔPBC+SΔPAB=SΔABC+SΔPAC或者满足公式SΔPAC=SΔPBC+SΔABC+SΔPAB,未知节点P位于∠ABC区域除去ΔABC区域剩余的区域及其对顶角区域内,未知节点P在区域4;
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;
Z6:未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)的计算公式如下:
a)当P点在直线AB、直线BC、直线AC上时,
当LAB=LPA+LPB或LAB=|LPA-LPB|时,未知节点P位于直线AB上,
当LAB=LPA+LPB时,未知节点P位于线段AB之间,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000021
Figure FDA0002707015390000022
当LAB=LPA-LPB时,未知节点P位于线段AB延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000031
Figure FDA0002707015390000032
当LAB=LPB-LPA时,未知节点P位于线段BA延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000033
Figure FDA0002707015390000034
当LAC=LPC+LPA或LAC=|LPC-LPA|时,未知节点P位于直线AC上,
当LAC=LPC+LPA时,未知节点P位于线段AC上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000035
Figure FDA0002707015390000036
当LAC=LPC-LPA时,未知节点P位于线段CA延长线,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000037
Figure FDA0002707015390000038
当LAC=LPA-LPC时,未知节点P位于线段AC延长线,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000039
Figure FDA00027070153900000310
当LBC=LPC+LPB或LBC=|LPC-LPB|时,未知节点P位于直线BC上,
当LBC=LPC+LPB时,未知节点P位于线段BC上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000041
Figure FDA0002707015390000042
当LBC=LPC-LPB时,未知节点P位于线段CB延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000043
Figure FDA0002707015390000044
当LBC=LPB-LPC时,未知节点P位于线段BC延长线上,未知节点P第u个坐标(xPu,yPu)
Figure FDA0002707015390000045
Figure FDA0002707015390000046
b)当P点不在直线AB、直线BC、直线AC上时,
设A'是直线PA与直线BC的交点、B'是直线BP与直线AC的交点、C'是直线PC与直线AB的交点;
kBC代表直线BC的斜率的符号,若直线BC的斜率大于等于0,则kBC=1,若直线BC的斜率小于0,则kBC=-1;kAB代表直线AB的斜率的符号,若直线AB的斜率大于等于0,则kAB=1,若直线AB的斜率小于0,则kAB=-1;kAC代表直线AC的斜率的符号,若直线AC的斜率大于等于0,则kAC=1,若直线AC的斜率小于0,则kAC=-1;
1)当未知节点P位于区域1时,利用公边比例定理可得:
由直线PA与直线BC交于A',LBA'是信标节点B到点A'的距离、LA'C是点A'到信标节点C的距离,有:
Figure FDA0002707015390000051
A'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000052
直线PB与直线AC交与B',LAB'是信标节点A到点B'的距离、LCB'是信标节点C到点B'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000053
B'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000054
直线PC与直线AB交于C',LAC'是信标节点A到点C'的距离、LBC'是信标节点B到点C'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000055
C'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000056
2)当未知节点P位于区域2时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交于A',LBA'是信标节点B到点A'的距离、LA'C是点A'到信标节点C的距离,有:
Figure FDA0002707015390000057
A'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000058
直线PB与直线AC交与B',LAB'是信标节点A到点B'的距离、LCB'是信标节点C到点B'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000061
B'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000062
直线PC与直线AB交于C',LAC'是信标节点A到点C'的距离、LBC'是信标节点B到点C'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000063
C'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000064
3)当未知节点P位于区域3时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交与A',LBA'是信标节点B到点A'的距离、LCA'是信标节点C到点A'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000065
A'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000066
直线PB与直线AC交于B',LAB'是信标节点A到点B'的距离、LCB'是信标节点C到点B'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000067
B'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000068
直线PC与直线AB交于C',LAC'是信标节点A到点C'的距离、LC'B是点C'到信标节点B的距离,有:
Figure FDA0002707015390000071
C'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000072
4)当未知节点P位于区域4时,利用公边比例定理可得:
直线PA与直线BC交于A',LBA'是信标节点B到点A'的距离、LCA'是信标节点C到点A'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000073
A'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000074
直线PB与直线AC交于B',LB'A是点B'到信标节点A的距离、LCB'是信标节点C到点B'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000075
B'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000076
直线PC与直线AB交与C',LAC'是信标节点A到点C'的距离、LBC'是信标节点B到点C'的距离,有:
Figure FDA0002707015390000077
C'点的坐标表示为:
Figure FDA0002707015390000078
设直线AA'与直线BB'的交点为(xPu1,yPu1),直线AA'和直线CC'的交点为(xPu2,yPu2),直线BB'和直线CC'的交点为(xPu3,yPu3);
用距离差判别法确定未知节点P第u个坐标(xPu,yPu):
分别计算(xPu1,yPu1)、(xPu2,yPu2)、(xPu3,yPu3)的距离差值d(i),i的取值为1、2、3,取d(i)的最小值对应的坐标作为未知节点P第u个坐标(xPu,yPu):
Figure FDA0002707015390000081
Z7:坐标值优化
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。
CN201810887868.6A 2018-08-06 2018-08-06 无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法 Expired - Fee Related CN108668256B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810887868.6A CN108668256B (zh) 2018-08-06 2018-08-06 无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810887868.6A CN108668256B (zh) 2018-08-06 2018-08-06 无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108668256A CN108668256A (zh) 2018-10-16
CN108668256B true CN108668256B (zh) 2021-01-22

Family

ID=63789842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810887868.6A Expired - Fee Related CN108668256B (zh) 2018-08-06 2018-08-06 无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108668256B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109375162A (zh) * 2018-11-14 2019-02-22 广州杰赛科技股份有限公司 定位方法、装置、设备及存储介质
US11570792B2 (en) 2019-07-31 2023-01-31 Carrier Corporation System and method for configuring communication interval for sensing device/s
CN114390671B (zh) * 2021-12-08 2023-04-18 珠海格力电器股份有限公司 对象的定位方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105223549A (zh) * 2015-08-22 2016-01-06 东北电力大学 一种基于rssi的无线传感器网络全移动节点定位方法
CN105824007A (zh) * 2016-05-20 2016-08-03 太原理工大学 无线传感器网络测距定位方法
CN106019219A (zh) * 2016-05-20 2016-10-12 太原理工大学 无线传感器网络智能测距定位方法
CN106054127A (zh) * 2016-05-20 2016-10-26 太原理工大学 无线传感器网络智能修正测距定位方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10129700B2 (en) * 2016-11-14 2018-11-13 WiSilica Inc. Prediction algorithm for location estimation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105223549A (zh) * 2015-08-22 2016-01-06 东北电力大学 一种基于rssi的无线传感器网络全移动节点定位方法
CN105824007A (zh) * 2016-05-20 2016-08-03 太原理工大学 无线传感器网络测距定位方法
CN106019219A (zh) * 2016-05-20 2016-10-12 太原理工大学 无线传感器网络智能测距定位方法
CN106054127A (zh) * 2016-05-20 2016-10-26 太原理工大学 无线传感器网络智能修正测距定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于人群搜索优化的无线传感器网络三点定位算法;乔学工;《控制与决策》;20170612;第1.2节 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108668256A (zh) 2018-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108668256B (zh) 无线传感器网络未知传感器节点的距离差值定位方法
CN101860959B (zh) 基于rssi的无线传感器网络的定位方法
CN109472802B (zh) 一种基于边缘特征自约束的表面网格模型构建方法
CN108848559B (zh) 无线传感器网络未知传感器节点的定位方法
CN106714296B (zh) 一种基于最速下降法的室内定位方法
CN108053824A (zh) 一种基于语音信号的巡逻救援无人机及其工作方法
CN102711243B (zh) 一种基于rssi改进的apit定位方法
CN109636779A (zh) 识别家禽体积体尺的方法、装置及存储介质
CN101820676A (zh) 传感器节点定位方法
WO2020140189A1 (zh) 一种基于多传感器的农田数据融合处理方法
CN113889252B (zh) 基于生命体征大数据聚类核心算法和区块链的远程互联网大数据智慧医疗系统
CN110057362A (zh) 有限单元地图的移动机器人路径规划方法
WO2022170933A1 (zh) 激光测距误差校正方法、装置、电子设备和存储介质
CN112135249A (zh) 一种基于rssi的加权质心定位算法的改进方法
CN108882198B (zh) 无线传感器网络未知传感器节点的均值定位方法
CN106054127B (zh) 无线传感器网络智能修正测距定位方法
CN112055305A (zh) 一种无线传感器网络未知传感器节点的两圆交点定位方法
CN105824007B (zh) 无线传感器网络测距定位方法
CN108966344B (zh) 无线传感器网络未知传感器节点的定位方法
CN109961461A (zh) 一种基于三维分层图模型的多运动目标跟踪方法
CN107801168A (zh) 一种室外自适应的被动式目标的定位方法
CN107861143A (zh) 一种bds/wlan组合定位算法
CN106019219B (zh) 无线传感器网络智能测距定位方法
CN112055304A (zh) 无线传感器网络未知传感器节点两圆交点优选定位方法
CN103759807B (zh) 一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210122

Termination date: 20210806

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee