基于圆焦点的无线传感定位方法技术

基于圆焦点的无线传感定位方法。无线传感网络中的定位技术是无线网络技术发展的主要支撑技术。在无线传感器网络中的节点定位可分为两个过程，首先未知节点利用测距方法计算出未知节点与锚节点的距离或角度；以往当未知节点获得与锚节点的距离或相对角度后，通过以下几种方案(极大似然估计法、三角测量法、三边测量法)来计算自己的位置.本发明专利技术提出的基于圆焦点的无线传感定位方法，通过计算以锚节点为圆心，对应估计距离为半径的圆的焦点，可以得到焦点密集极有可能包含待测点。根据以锚节点为圆心，以对应估计距离为半径的圆的焦点的密集度算法来代替三角定位算法，很好的避开了环路带来的影响，有效的提高了定位精度。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于计算机应用与无线传感网络结合的
【
技术介绍
】 无线传感网络（WirelessSensor化twork,WSN)中节点的定位技术是无线传感网 络技术的核屯、技术之一，在很多应用中，位置信息的准确性是节点数据信息实用性的前提。 在网络节点成本限制的前提下，提高无线传感器节点自定位的精度有着重要的意义。 无线传感网络中的定位技术一般要具有四个特点：第一是低能耗，高效率：节点 在自定位时能耗尽量低，传输通信开销低，运是节点建设的基本硬件要求之一，通常节点的 计算能力和存储空间小；第二是节点本身具有自组织能力：通常节点的部署位置具有不确 定性，随机的部署在位置区域，要能够通过节点本身的设备进行自定和组织；第=是分布式 计算：在无线网络中传感器通常都是一次性消耗品，需要能够通过负载均衡的方式，避免某 一节点的能力消耗过快而无法正常运行；第四是鲁棒性：由于环境的多样性W及物理环境 的复杂性，导致某一或多个节点无法正常工作乃至通信中断，定位技术能够在运种情况下 进行可容忍误差的定位。 节点定位的计算方法： 在无线传感器网络中的节点定位可分为两个过程，首先未知节点根据测距方法计 算出未知节点与错节点的距离或角度，目前无线传感器网络定位技术中常见的距离测量技 术有到达时间差、到达角度、到达时间、接收信号强度指示四种；当未知节点获得与错节点 的距离或相对角度后，通过有W下几种方案来计算自己的位置。[000引 （1);边测量法 立边测量法（trilateration)的基本原理。已知S个信标节点A(Xa,y。）、B(Xb,Yb) 和C(X。，y。)，未知节点E(X，y)分别与A、B和C之间的距离分别为d。、db和d。。可得到下列 等式： 由公式得节点E的坐标： 似S角测量法[001引S角测量法（triangulation)的基本原理。其中已知节点A(x。，y。)、B(Xb,yj和C(X。，y。），未知节点E(X，y)分别相对于A、B和C的角度为：ZAEB、ZAEC、Z邸C。对于信 标节点A和C夹角ZAEC，如果弧AC位于ZABC内，则可W唯一确定一个圆，假设其圆屯、为 01(x。l，y。l)，半径为rl，那么a=ZA0lC=(2 3T-2ZADC)，并有公式3: (3)极大似然估计法 极大似然估计法（maximumUkelihoodestimation)原理。存在n个信标节 点，坐标分别为（XI，yi)、（而，72)，.....，（x"，y。），且距离未知节点E(x，y)的距离分别为di,dz,da,......，d。。[001引得到公式4: 化简等式，将该组等式前n-1个方程式都减去最后一个方程得到下面等式 表示为 H(x，y)T=P 化） 最后利用标准的最小方差估计方法，得到未知节点E的坐标 (x，y)T=^TH)HTp (7) 在无线传感网络中，存在着两类节点，位置已知的节点（错节点，AnchorNode)和 位置未知的节点（普通节点，NormalNode)。错节点的位置是在我们部署传感器节点，或者 通过GI^系统进行定位，获得它们精确的位置信息。根据测距的方式不同，现在的定位算法 主要分为两种，基于测距（Range-Based)的定位算法和基于非测距（Range-Free)的定位算 法。Range-Based算法需要通过实际测量节点到节点的距离，或者角度信息，使用=边或多 边定位算法来计算、确定节点的位置。Range-Free算法主要通过无线传感网络的连通性来 估计节点之间的距离，然后通过=边或多边定位算法来计算节点的位置。Range-Base算法 精度相对较高，但是对节点的硬件依赖较高，需要节点额外的硬件辅助。对于精度要求不高 的系统，Range-Free算法可W有效的降低搭建网络的费用。因此基于非测距的定位算法越 来越受到人们的关注。典型的Range-Free算法有：Dv-Hop算法，AP]：T等。Dv-Hop算法是Range-Free算法中典型的算法，算法容易实施，主要过程可分为五 步： 第一：错节点通过洪泛法广播自身位置。错节点向网络广播它的位置信息，并且把 跳数初始化为一。第二：存储转发。每个节点接收到运个报文时，检测节点是否已经保存运个错节 点的位置，如果没有该错节点信息，则保存错节点位置信息和跳数信息，然后对跳数加一广 播运个报文。如果节点已经保存有错节点位置信息，则比较现有跳数信息和报文的跳数信 息，如果现有跳数信息大于报文中跳数信息，则用报文信息覆盖现有信息，然后对报文跳数 加一，转发；否则丢弃数据包。[002引第立：当一个错节点i得到它到其他所有错节点的位置信息和跳数信息，它可W通过公式（8)计算出它每跳的平均跳距。 其中，（Xi，y;)，（Xj，y.j)表示错节点i，j的坐标，hi.j表示两个节点之间的跳数。 [003。 第四：错节点全网广播平均跳距，当普通节点k接收到错节点i的平均跳距时，就 可W通过公式（9)得到未知节点到错节点i的距离。 Distance^=hki蝴isF^erHoPi (9) 第五：当计算出自身到=个W上错节点之间的距离时，位置节点利用=角定位的 方法计算出他的坐标。 从（4)中任意找出两个不线性相关的等式就可W精确的计算出未知节点的坐标。 然而由于测距误差e1的存在，使得等式（4)的实际表达式为： 运导致两个圆的交点可能不会是第S个圆的上的点。如图1所示。 【
技术实现思路
】 本专利技术的目的是解决在定位的时候，环路对估计距离影响的问题，W错节点为圆 屯、，W对应估计距离为半径的圆的焦点的密集度算法来代替S角定位算法，提供一种基于 圆焦点的无线传感定位方法，很好的避开了环路带来的影响，有效的提高了定位精度。[003引 Dv-Hop算法的精度受多个方面的影响，主要的有：跳转路径弯曲严重。如图2所 /J、-O 从点1到点4的跳转路径为1-2-3-4,需要S固而时间的距离没有S跳那么 长，运样必然会增加计算的误差。 在我们的方法中，我们进行了下面的改进： 定位的时候，为了减少环路对估计距离的影响，提高定位精度，我们采取了一种基 于圆焦点的定位算法，实验证明，运种方法能很好的完成定位。 本专利技术提供的基于圆焦点的无线传感定当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于圆焦点的无线传感定位方法，其特征在于该方法主要包括如下关键步骤：第1、计算出以未知节点N(x,y)为圆心，测量估计距离为半径的所有圆的焦点；n个锚节点的坐标为(xi，yi)，其中i＝1，2，……，n；已知他们到未知节点N(x，y)的测量估计距离为以N(x,y)为圆心，测量估计距离为半径的所有圆的焦点为(x-xi)2+(y-yi)2=(d^i)2;]]>第2、对整个待测区域按照阈值δ划分网格，找出所有网格中焦点最多的网格；第3、进一步优化，对第2步找出的网格及其周围的8个网格计算焦点的个数，选取焦点最多的网格作为目标网格；目标网格的中心即为待测节点的坐标；第3.1、用[xmin，xmax，ymin，ymax]表示焦点密度较大的网格，即第2步中找出的网格，分别用[xmin+δ2,xmax+δ2,ymin,ymax],[xmin,xmax,ymin+δ2,ymax+δ2],]]>[xmin-δ2,xmax-δ2,ymin,ymax],[xmin,xmax,ymin-δ2,ymax-δ2],]]>[xmin-δ2,xmax-δ2,ymin-δ2,ymax-δ2],[xmin+δ2,xmax+δ2,ymin+δ2,ymax+δ2]]]>[xmin-δ2,xmax-δ2,,ymin+δ2,ymax+δ2],[xmin+δ2,xmax+δ2,ymin-δ2,ymax-δ2]]]>表示其周围的8个网格，定义RangeCount([xmin，xmax，ymin，ymax])计算网格内焦点的个数，我们同时计算九个网格的焦点的个数numi，i＝0，1，2，…，8，然后取九个网格中焦点个数的最大值，值最大的网格就为目标网格，num0=RangeCount([xmin,xmax,ymin,ymax])num1=RangeCount([xmin+δ2,xmax+δ2,ymin,ymax])num2=RangeCount([xmin,xmax,ymin+δ2,ymax+δ2])num3=RangeCount([xmin-δ2,xmax-δ2,ymin,ymax])num4=RangeCount([xmin,xmax,ymin-δ2,ymax-δ2])num5=RangeCount([xmin+δ2,xmax+δ2,ymin+δ2,ymax+δ2])num6=RangeCount([xmin+δ2,xmax+δ2,ymin-δ2,ymax-δ2])num7=RangeCount([xmin-δ2,xmax-δ2,,ymin+δ2,ymax+δ2])num8=RangeCount([xmin-δ2,xmax-δ2,ymin-δ2,ymax-δ2]);]]>第3.2、目标区网格的中心坐标即为待测节点的坐标。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张德干，刘思，李可，赵德新，明学超，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12