CN109041211A - 基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法及系统。通过基于正六边形的多移动信标节点路径规划定位网络节点，缩短了移动路径长度，降低了移动信标节点的能耗，提高了网络节点的定位效率。具体为将监测区域划分成多个具有正六边形网格的矩形区域，然后将三个移动信标节点放置在正六边形网格的顶点以及中心点的位置开始水平移动，期间固定时间广播自身位置；当移动信号节点移动至边缘节点位置时，判断移动信标节点的当前位置是否为终止位置，若否则转换移动信标节点移动方向使移动信标节点向未移动的矩形区域移动直至完成监测区域内的全部路径规划；最后利用三边测距法或者定位补偿法算法，计算未知网络节点的位置信息。

Description

基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法及系统

技术领域

本发明涉及未知网络节点定位技术领域，特别涉及基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法及系统。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)在现实生活中应用广泛，通过在指定区域部署微型低功耗的传感器节点，可以实现环境监测、目标跟踪、资源勘探等应用。大部分的应用技术都要基于传感器节点位置信息的捕获。因此，定位成为了无线传感器网络研究的关键技术之一。

目前，根据信标节点是否具有移动性，定位算法可以分为静态信标定位算法和移动信标定位算法。采用静态信标定位算法时需要信标节点数量达到一定比例来满足节点之间的连通性，通常未知网络节点的定位精度随信标节点数量的增多而增高，同时网络成本也随之增加。而移动信标定位算法利用锚节点移动来产生虚拟的信标节点，可以减少锚节点数量而且部署更加灵活多变。因此移动信标辅助定位机制成为了当前的研究热点。

移动路径规划在移动信标辅助定位机制中起到了至关重要的作用，好的移动路径规划方法可以使定位区域内的节点高效精确的完成自身的位置估计。目前，判断移动信标节点路径规划优劣的评价标准：1)尽可能短地设计移动路径。2)尽可能的降低节点的能耗。3)在尽可能短的时间内定位更多的未知网络节点。

SCAN，DOUBLE SCAN和Hilbert提出了三种辅助节点定位的路径规划模型，但它们都存在着共线问题，这对监控区域内，节点的定位效率和定位精度都存在着不利影响。CIRCLES和S-CURVES提出了两种移动路径规划方法来处理共线问题，S-CURVES将SCAN模型中的直线换成了S形曲线，有效减少了节点定位中的共线问题，但却增加了移动路径长度；CIRCLES从定位区域中心出发按照圆形轨迹移动可以解决共线问题，但定位信息覆盖率较低。现有的H-Curves路径规划方法中的信标节点可以在边界移动，有效的提高了定位信息覆盖率，但完成定位所需时间较长。

发明内容

为了克服背景技术所述的缺陷，本发明的目的是提供一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法，所述网络节点定位方法，包括：

确定监测区域；

将所述监测区域划分成若干个矩形区域，并根据所述矩形区域的长、宽以及移动信标节点的通信半径，将每个所述矩形区域划分成多个正六边形网格；

确定三个所述移动信标节点的起始位置和终止位置，并将三个所述移动信标节点放置在所述起始位置上使得三个所述移动信标节点沿着所述矩形区域的水平方向移动；所述起始位置为三个所述移动信标节点放置在所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的顶点以及中心点的位置；所述顶点位于所述矩形区域的边缘节点上；

每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置，并当位于所述正六边形网格中心点上的所述移动信标节点移动到位于所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的中心点时，保持位于所述正六边形网格中心点的所述移动信标节点不动，将位于所述正六边形网格的顶点的所述移动信号节点继续移动至所述矩形区域的边缘节点位置上；

判断所述移动信标节点的当前位置是否为所述终止位置，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置不为所述终止位置，则转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，并返回每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置步骤；

若所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置为所述终止位置，则将所述移动信标节点移动至下一个矩形区域直至完成所述监测区域内的全部路径规划，并确定所述监测区域内所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息；

根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息。

可选的，所述移动信标节点在所述矩形区域内移动的轨迹为纵向方波波形轨迹。

可选的，所述正六边形网格的边长为所述移动信标节点的通信半径。

可选的，所述转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，具体包括：

当所述移动信标节点移动到边缘节点位置且不为所述终止位置时，

位于所述正六边形网格中心点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域；

位于所述正六边形网格上顶点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域；

位于所述正六边形网格下顶点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域；其中，R表示为所述移动信标节点的通信半径。

可选的，所述根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息，具体包括：

当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，确定所述未知网络节点的位置信息；

当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，确定所述未知网络节点的位置信息。

可选的，所述当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息，具体包括：

根据以下公式计算与两个所述移动信标节点的构成边长为通信半径R的等边三角形的两个三角形顶点坐标，并保留位于矩形区域内侧的三角形顶点坐标；所述公式为其中，两个所述移动信标节点的坐标分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)；

根据RSSI测距法获取未知网络节点到两个所述移动信标节点的距离，分别为d_a1、d_b1，并根据以下公式计算得到两个未知网络节点坐标，分别为第一未知网络节点坐标和第二未知网络节点坐标；所述公式为

分别计算所述三角形顶点坐标与所述第一未知网络节点坐标、所述第二未知网络节点坐标的距离并比较，选择与所述三角形顶点坐标距离较大的未知网络节点坐标确定为真实未知网络节点的位置信息。

可选的，所述当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，计算所述未知网络节点的位置信息，具体包括：

根据RSSI测距法获取未知网络节点到三个所述移动信标节点的距离，分别为d_a2、d_b2、d_c2，并根据以下公式确定未知网络节点的位置；

其中，三个所述移动信标节点的坐标分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)、(x_c，y_c)。

本发明还提供了一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位系统，所述网络节点定位系统，包括：

监测区域确定模块，用于确定监测区域；

矩形区域划分模块，用于将所述监测区域划分成若干个矩形区域，并根据所述矩形区域的长、宽以及移动信标节点的通信半径，将每个所述矩形区域划分成多个正六边形网格；

移动信标节点起终位置确定模块，用于确定三个所述移动信标节点的起始位置和终止位置，并将三个所述移动信标节点放置在所述起始位置上使得三个所述移动信标节点沿着所述矩形区域的水平方向移动；所述起始位置为三个所述移动信标节点放置在所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的顶点以及中心点的位置；所述顶点位于所述矩形区域的边缘节点上；

移动信标节点位置广播模块，用于每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置，并当位于所述正六边形网格中心点上的所述移动信标节点移动到位于所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的中心点时，保持位于所述正六边形网格中心点的所述移动信标节点不动，将位于所述正六边形网格的顶点的所述移动信号节点继续移动至所述矩形区域的边缘节点位置上；

第一判断结果得到模块，用于判断所述移动信标节点的当前位置是否为所述终止位置，得到第一判断结果；

移动信标节点移动模块，用于当所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置不为所述终止位置时，转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，并返回移动信标节点位置广播模块；

位置信息确定模块，用于当所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置为所述终止位置时，将所述移动信标节点移动至下一个矩形区域直至完成所述监测区域内的全部路径规划，并确定所述监测区域内所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息；

未知网络节点位置信息计算模块，用于根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息。

可选的，所述未知网络节点位置信息计算模块，具体包括：

未知网络节点位置信息第一计算单元，用于当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，确定所述未知网络节点的位置信息；

未知网络节点位置信息第二计算单元，用于当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，确定所述未知网络节点的位置信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法及系统。本发明通过将监测区域划分成若干个矩形区域，再根据矩形区域的长、宽以及移动信标节点的通信半径，将每个矩形区域划分成多个正六边形网格，然后将三个移动信标节点放置在矩形区域边缘节点上的正六边形网格的顶点以及中心点的位置上开始水平移动，期间固定时间广播自身位置；当移动信号节点移动至矩形区域的边缘节点位置时，判断移动信标节点的当前位置是否为终止位置，若否则转换移动信标节点移动方向使移动信标节点向未移动的矩形区域移动，若是则将移动信标节点移动至下一个矩形区域直至完成监测区域内的全部路径规划；最后根据未知网络节点获取的移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算未知网络节点的位置信息。本发明通过三个移动信标节点沿着正六边形网格的中心和上下边缘平行移动，有效缩短了移动路径长度，避免了移动信标节点重复发送数据包的现象，提高了虚拟信标利用率，并降低了移动信标节点的能耗，同时还能够在较短的时间内，穿过面积更大的定位区域，提高网络节点的定位效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法的流程示意图；

图2为本发明三个移动信标节点移动轨迹示意图；

图3为本发明移动信标节点在边界区域的示意图；

图4为本发明定位补偿算法原理示意图；

图5为本发明实施例基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

将近几年的移动信标辅助定位的路径规划算法进行了简单对比，其中利用单个信标节点辅助定位的方法造成了相当长的定位延迟，不能在短时间内对监测区域进行高效的节点定位。而多移动信标节点辅助定位方法如GSCAN，GTURN以及MMAPP-NDC等，虽然比单信标节点具有更好的定位性能，但依然存在着锚节点在同一位置重复发送数据包而造成能耗增加，以及移动路径过长，定位效率较低等问题。因此，本发明以多个移动信标节点代替一个信标节点标遍历整个网络来辅助网络节点定位而设计了一种基于正六边形网格的多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法及系统。该方法有效的缩短了移动路径长度，提高了网络节点的定位效率，而且避免了移动信标节点在同一位置重复发送数据包的现象，从而降低了节点的能耗。

另外，针对边界区域未知网络节点收集的定位信息不足而导致无法定位的问题。本发明还提供了一种定位补偿算法，在不增加能耗的前提下，使边界区域的节点也可以高效的完成自身的位置估计。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法包括以下步骤。

步骤101：确定监测区域。

步骤102：将所述监测区域划分成若干个矩形区域，并根据所述矩形区域的长、宽以及移动信标节点的通信半径，将每个所述矩形区域划分成多个正六边形网格；所述正六边形网格的边长为所述移动信标节点的通信半径。对于实际环境中的监测区域为一些不规则区域，通过获得其不规则区域的限定，将不规则区域近似划分为多个矩形区域。

步骤103：确定三个所述移动信标节点的起始位置和终止位置，并将三个所述移动信标节点放置在所述起始位置上使得三个所述移动信标节点沿着所述矩形区域的水平方向移动；所述起始位置为三个所述移动信标节点放置在所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的顶点以及中心点的位置；所述顶点位于所述矩形区域的边缘节点上。

步骤104：每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置，并当位于所述正六边形网格中心点上的所述移动信标节点移动到位于所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的中心点时，保持位于所述正六边形网格中心点的所述移动信标节点不动，将位于所述正六边形网格的顶点的所述移动信号节点继续移动至所述矩形区域的边缘节点位置上。其中，所述移动信标节点在所述矩形区域内移动的轨迹为纵向方波波形轨迹，或者所述移动信标节点在所述矩形区域内移动的轨迹为类S型轨迹。

步骤105：判断所述移动信标节点的当前位置是否为所述终止位置，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置不为所述终止位置，则执行步骤106。若所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置为所述终止位置，则执行步骤107。

步骤106：转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，并返回步骤104。其中，当所述移动信标节点移动到边缘节点位置且不为所述终止位置时，位于所述正六边形网格中心点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域。位于所述正六边形网格上顶点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域。位于所述正六边形网格下顶点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域；其中，R表示为所述移动信标节点的通信半径。

步骤107：将所述移动信标节点移动至下一个矩形区域直至完成所述监测区域内的全部路径规划，并确定所述监测区域内所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息。

步骤108：根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息。

具体包括：

步骤1081：当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，确定所述未知网络节点的位置信息。

步骤1082：当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，确定所述未知网络节点的位置信息。

步骤1081：具体包括：

根据以下公式计算与两个所述移动信标节点的构成边长为通信半径R的等边三角形的两个三角形顶点坐标，并保留位于矩形区域内侧的三角形顶点坐标；所述公式为

其中，两个所述移动信标节点的坐标分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)。

根据RSSI测距法获取未知网络节点到两个所述移动信标节点的距离，分别为d_a1、d_b1，并根据以下公式计算得到两个未知网络节点坐标，分别为第一未知网络节点坐标和第二未知网络节点坐标。

所述公式为

分别计算所述三角形顶点坐标与所述第一未知网络节点坐标、所述第二未知网络节点坐标的距离并比较，选择与所述三角形顶点坐标距离较大的未知网络节点坐标确定为真实未知网络节点的位置信息。

步骤1082：具体包括：

根据RSSI测距法获取未知网络节点到三个所述移动信标节点的距离，分别为d_a2、d_b2、d_c2，并根据以下公式确定未知网络节点的位置；

其中，三个所述移动信标节点的坐标分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)、(x_c，y_c)。

本发明采用的网络模型如下：m个未知网络节点随机部署在监测区域A内。移动信标节点按照设计的路径穿过整个监测区域，广播自身位置信息，辅助附近的未知网络节点进行定位。

其中，移动信标节点可以通过GPS获得它的位置信息；通信模型采用规则的球形无线电传播模型，只有在移动信标节点通信范围内的传感器节点能够接收由该移动信标节点发送的位置信息。所有的传感器节点具有相同的初始能量，在移动的过程中，不能被进一步提供。

本发明利用三个移动信标节点按照图2所示的移动轨迹遍历整个矩形区域，进而遍历整个监测区域。其中，向计算机输入监测区域以及通信半径的大小之后，计算机就会自动将监测区域划分矩形区域，矩形区域划分如图2所示的多个正六边形网格，同时会保留移动信标节点的初始位置和终止位置。A、B和C为三个移动信标节点的初始位置，K₁、K₂、K₃为三个移动信标节点的终止位置。

三个移动信标节点移动过程为：

S1：三个移动信标节点沿着水平正方向以速度v＝Rm/s移动，每隔一段时间T广播自身位置信息给通信半径R范围内的未知网络节点，当移动至右侧边缘节点位置(如图2中A₁B₁C₁)，判断当前位置与终止位置(如图2中的K₁K₂K₃)是否相同，如果相同说明此时已经完成部署矩形区域内全部路径规划，则跳出程序，部署下一矩形区域，否则执行步骤S2。

S2：判断结果为移动信标节点移动至边缘节点位置且不为终止位置时，此时需要转换方向。如图2中的A₁B₁C₁，其中C₁位于六边形的中心位置，A₁，B₁位于六边形的上下边缘。则位于六边形中心的信标节点C₁沿着与水平正方向夹角为的方向移动至C₂。位于六边形上边缘的信标节点A₁沿着与水平正方向夹角为的方向，移动至A₂，同理位于六边形下边缘的信标节点B₁沿着与水平正方向夹角为的方向移动至B₂。

S3：三个移动信标节点沿着水平负方向以速度v＝Rm/s移动，每隔一段时间T广播自身位置信息给通信半径范围内的未知网络节点，当移动至左侧边缘节点位置(如图2中A₃B₃C₃)，判断当前位置与终止位置是否相同，如果相同说明此时已经完成部署矩形区域内全部路径规划，则跳出程序，部署下一矩形区域，否则执行步骤S2。三个移动信标节点未到达终止位置时，不管在左侧边界区域还是右侧边界区域，移动信标节点转换角度和转移路径都是相同的。

按照上述步骤完成移动路径规划后，监测区域内的未知网络节点将会收到两个或三个由移动信标节点发送的位置信息。

仅收到两个位置信息的节点分布在如图3所示的边界区域。

针对这部分区域的未知网络节点无法完成定位的问题，本发明提供了一种定位补偿算法，该方法步骤如下

如图4所示，如果边界区域的未知网络节点只获取了两个移动信标节点的位置信息。假设这两个移动信标节点的坐标为A(x_a，y_a)，C(x_c，y_c)。

步骤1：通过公式(4)的前两个式子计算出与这两个信标节点A，C构成边长为通信半径R的等边三角形的顶点坐标。由公式(4)前两个式子可以得到两个解。如图4所示，其中T₁位于边界外侧，T₂位于边界内侧。保留位于边界内侧点的坐标T₂(x_t2，y_t2)。

步骤2：根据RSSI测距可得到边界区域的未知网络节点到这两个移动信标节点的距离分别为d_a1、d_b1，并带入公式(4)的前两个式子后会计算出两个与移动信标节点A，C距离分别为d_a1、d_b1的节点坐标C₁(x_c1,y_c1)和C₂(x_c2,y_c2)。

步骤3：计算在步骤1中得到的边界内侧估计点T₂与步骤2中得到的两个估计点C₁，C₂的距离其中与T₂距离较大的点C₁位于△ACT₂外部，因此C₁位于边界区域，即为真实节点的估计位置。

如果未知网络节点可获取三个移动信标节点的位置信息，则利用RSSI测距技术，分别测得该未知网络节点与三个移动信标节点的距离d_a2、d_b2、d_c2，并带入公式(4)，确定未知网络节点的位置，进行定位。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位系统。

图5为本发明实施例基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位系统的结构示意图，如图5所示，所述网络节点定位系统包括：

监测区域确定模块100，用于确定监测区域。

矩形区域划分模块200，用于将所述监测区域划分成若干个矩形区域，并根据所述矩形区域的长、宽以及移动信标节点的通信半径，将每个所述矩形区域划分成多个正六边形网格。

移动信标节点起终位置确定模块300，用于确定三个所述移动信标节点的起始位置和终止位置，并将三个所述移动信标节点放置在所述起始位置上使得三个所述移动信标节点沿着所述矩形区域的水平方向移动；所述起始位置为三个所述移动信标节点放置在所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的顶点以及中心点的位置；所述顶点位于所述矩形区域的边缘节点上。

移动信标节点位置广播模块400，用于每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置，并当位于所述正六边形网格中心点上的所述移动信标节点移动到位于所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的中心点时，保持位于所述正六边形网格中心点的所述移动信标节点不动，将位于所述正六边形网格的顶点的所述移动信号节点继续移动至所述矩形区域的边缘节点位置上。

第一判断结果得到模块500，用于判断所述移动信标节点的当前位置是否为所述终止位置，得到第一判断结果。

移动信标节点移动模块600，用于当所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置不为所述终止位置时，转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，并返回移动信标节点位置广播模块400。

位置信息确定模块700，用于当所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置为所述终止位置时，将所述移动信标节点移动至下一个矩形区域直至完成所述监测区域内的全部路径规划，并确定所述监测区域内所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息。

未知网络节点位置信息计算模块800，用于根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息。

所述未知网络节点位置信息计算模块800具体包括：

未知网络节点位置信息第一计算单元，用于当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，确定所述未知网络节点的位置信息。

未知网络节点位置信息第二计算单元，用于当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，确定所述未知网络节点的位置信息。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

第一：利用三个移动信标节点沿着正六边形的中心和上下边缘平行移动，可以有效缩短移动路径长度。

第二：避免了移动信标节点重复发送数据包的现象，有效提高虚拟信标利用率，并降低了移动信标节点的能耗。因为在目前的多移动信标节点路径规划方法中，存在着多个移动信标节点在同一个虚拟信标位置重复发送数据包的现象，这将会造成能量的损耗以及定位时间的增加，而本发明提供的多移动信标节点路径规划方法，可以保证每个未知网络节点仅接收一次由移动信标节点传来的数据包，实现了每个未知网络节点的价值并且提高了移动信标节点的利用率，从而避免了移动信标节点重复发送数据包的现象。

第三：三个移动信标节点在较短的时间内，穿过面积更大的定位区域，有效的提高网络节点的定位效率。本发明三个移动信标节点是在正六边形左侧上下两个顶点和中心点上出发平行移动的，相比于前一时刻，三个移动信标节点可以使2/3个正六边形内的未知网络节点完成定位，相对比以前路径规划方法是以正三角形的三个顶点为出发点，相比于前一时刻，三个信标节点仅可以使1/3个正六边形内的未知网络节点完成定位，显然本发明提供的三个移动信标节点在较短时间内穿过更大的定位区域，提高了网络节点的定位效率。

第四：定位补偿算法简单计算复杂度低，非常适用于微型低功耗的传感器节点，且为无法完成定位的传感器节点补充定位信息，有效缩减了由RSSI测距造成的定位误差，提高了节点的定位精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位方法，其特征在于，所述网络节点定位方法，包括：

确定监测区域；

将所述监测区域划分成若干个矩形区域，并根据所述矩形区域的长、宽以及移动信标节点的通信半径，将每个所述矩形区域划分成多个正六边形网格；

确定三个所述移动信标节点的起始位置和终止位置，并将三个所述移动信标节点放置在所述起始位置上使得三个所述移动信标节点沿着所述矩形区域的水平方向移动；所述起始位置为三个所述移动信标节点放置在所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的顶点以及中心点的位置；所述顶点位于所述矩形区域的边缘节点上；

每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置，并当位于所述正六边形网格中心点上的所述移动信标节点移动到位于所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的中心点时，保持位于所述正六边形网格中心点的所述移动信标节点不动，将位于所述正六边形网格的顶点的所述移动信号节点继续移动至所述矩形区域的边缘节点位置上；

判断所述移动信标节点的当前位置是否为所述终止位置，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置不为所述终止位置，则转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，并返回每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置步骤；

若所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置为所述终止位置，则将所述移动信标节点移动至下一个矩形区域直至完成所述监测区域内的全部路径规划，并确定所述监测区域内所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息；

根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息。

2.根据权利要求1所述的网络节点定位方法，其特征在于，所述移动信标节点在所述矩形区域内移动的轨迹为纵向方波波形轨迹。

3.根据权利要求1所述的网络节点定位方法，其特征在于，所述正六边形网格的边长为所述移动信标节点的通信半径。

4.根据权利要求1所述的网络节点定位方法，其特征在于，所述转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，具体包括：

当所述移动信标节点移动到边缘节点位置且不为所述终止位置时，

位于所述正六边形网格中心点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域；

位于所述正六边形网格上顶点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域；

位于所述正六边形网格下顶点位置上的移动信标节点沿着水平正方向夹角为的方向移动到达未移动的矩形区域；其中，R表示为所述移动信标节点的通信半径。

5.根据权利要求1所述的网络节点定位方法，其特征在于，所述根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息，具体包括：

当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，确定所述未知网络节点的位置信息；

当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，确定所述未知网络节点的位置信息。

6.根据权利要求5所述的网络节点定位方法，其特征在于，所述当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息，具体包括：

根据以下公式计算与两个所述移动信标节点的构成边长为通信半径R的等边三角形的两个三角形顶点坐标，并保留位于矩形区域内侧的三角形顶点坐标；所述公式为其中，两个所述移动信标节点的坐标分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)；

根据RSSI测距法获取未知网络节点到两个所述移动信标节点的距离，分别为d_a1、d_b1，并根据以下公式计算得到两个未知网络节点坐标，分别为第一未知网络节点坐标和第二未知网络节点坐标；所述公式为

分别计算所述三角形顶点坐标与所述第一未知网络节点坐标、所述第二未知网络节点坐标的距离并比较，选择与所述三角形顶点坐标距离较大的未知网络节点坐标确定为真实未知网络节点的位置信息。

7.根据权利要求5所述的网络节点定位方法，其特征在于，所述当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，计算所述未知网络节点的位置信息，具体包括：

根据RSSI测距法获取未知网络节点到三个所述移动信标节点的距离，分别为d_a2、d_b2、d_c2，并根据以下公式确定未知网络节点的位置；

其中，三个所述移动信标节点的坐标分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)、(x_c，y_c)。

8.一种基于多移动信标节点路径规划的网络节点定位系统，其特征在于，所述网络节点定位系统，包括：

监测区域确定模块，用于确定监测区域；

矩形区域划分模块，用于将所述监测区域划分成若干个矩形区域，并根据所述矩形区域的长、宽以及移动信标节点的通信半径，将每个所述矩形区域划分成多个正六边形网格；

移动信标节点起终位置确定模块，用于确定三个所述移动信标节点的起始位置和终止位置，并将三个所述移动信标节点放置在所述起始位置上使得三个所述移动信标节点沿着所述矩形区域的水平方向移动；所述起始位置为三个所述移动信标节点放置在所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的顶点以及中心点的位置；所述顶点位于所述矩形区域的边缘节点上；

移动信标节点位置广播模块，用于每隔固定时间向所述移动信标节点的通信半径范围内的未知网络节点广播所述移动信标节点的当前位置，并当位于所述正六边形网格中心点上的所述移动信标节点移动到位于所述矩形区域边缘节点上的所述正六边形网格的中心点时，保持位于所述正六边形网格中心点的所述移动信标节点不动，将位于所述正六边形网格的顶点的所述移动信号节点继续移动至所述矩形区域的边缘节点位置上；

第一判断结果得到模块，用于判断所述移动信标节点的当前位置是否为所述终止位置，得到第一判断结果；

移动信标节点移动模块，用于当所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置不为所述终止位置时，转换所述移动信标节点移动方向使所述移动信标节点向未移动的矩形区域移动，并返回移动信标节点位置广播模块；

位置信息确定模块，用于当所述第一判断结果表示所述移动信标节点的所述当前位置为所述终止位置时，将所述移动信标节点移动至下一个矩形区域直至完成所述监测区域内的全部路径规划，并确定所述监测区域内所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息；

未知网络节点位置信息计算模块，用于根据所述未知网络节点获取的所述移动信标节点的位置信息，采用三边测距法或者定位补偿法算法，计算所述未知网络节点的位置信息。

9.根据权利要求8所述的网络节点定位方法，其特征在于，所述未知网络节点位置信息计算模块，具体包括：

未知网络节点位置信息第一计算单元，用于当所述未知网络节点获取两个所述移动信标节点的位置信息时，采用定位补偿法算法，确定所述未知网络节点的位置信息；

未知网络节点位置信息第二计算单元，用于当所述未知网络节点获取三个所述移动信标节点的位置信息时，采用三边测距法，确定所述未知网络节点的位置信息。