无线传感器网络节点定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络节点定位方法及装置，该方法包括：S1：对于待检测区域上的每一个锚节点，计算其平均每跳水平距离；S2：对于该每一个锚节点，计算其跳距修正平均值；S3：对于该每一个锚节点，根据其跳距修正平均值以及其平均每跳水平距离计算其修正平均每跳水平距离；S4：计算该未知节点到该未知节点周围锚节点的水平距离，根据该水平距离以及该未知节点周围锚节点的平面坐标确定该未知节点的平面坐标；S5：根据该待检测区域的二维电子网格模型、三维电子网格模型以及该未知节点的平面坐标确定该未知节点的三维坐标。本发明专利技术在山区地形中的定位精度有大幅度提高，能够满足实际应用的要求。

【技术实现步骤摘要】
无线传感器网络节点定位方法及装置
本专利技术涉及无线传感器网络定位
，具体涉及一种无线传感器网络节点定位方法及装置。
技术介绍
我国山区地形(包括丘陵和高原)占69.1％，森林覆盖率高，具有丰富的矿产资源，但矿产的开采易造成环境污染。我国地质条件复杂，构造活动频繁，滑坡、泥石流与地裂缝等灾害隐患多、分布广，且突发性和破坏性强，防范难度大，是世界上地质灾害较为严重、受威胁人口较多的国家之一。因此，开展环境监测、森林防火、山体滑坡等监测与预警研究具有十分重要的意义。无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)的出现引起了全世界范围的广泛关注。1999年，著名的美国商业周刊将无线传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一；2003年，MIT技术评论(TechnologyReview)在预测未来技术发展的报告中，将其列为改变世界的10大新技术之一。环境监测与预报、森林防火、地质灾害监测与预警等是无线传感器网络的重要应用领域。节点定位是无线传感器网络应用的重要基础。在无线传感器网络的应用中，位置信息对传感器网络的监测活动至关重要。例如：在大面积环境监测中需要知道污染源发生的地点；森林火灾灾情监测中，需要知道火灾发生的地域；在地质灾害监测预警中，必需要知道发生险情的时间与地域，以便迅速采取有效行动。目前现有的大多数无线传感器网络定位都是假设应用在理想环境下提出的。例如二维、三维的定位算法与路由算法适合三维自由空间内的随机节点分布情况，即假定信号传输模型为理想的球体。无线传感器网络实际应用环境往往是山区，此时，把非平面的网络用平面的或三维自由空间定位来确定节点位置，往往无法达到理想的性能要求，节点定位误差较大，难于满足实际应用的要求。根据是否测量距离分为基于测距定位算法和无需测距的定位算法。目前常用的测距技术有RSSI，TOA，TDOA和AOA。无需测距的定位方法主要有质心算法、DV-Hop算法、Amorphous算法、APIT算法等，其中影响最大、应用最广泛的当属DV-Hop算法。无需测距的定位机制不需测量节点间的绝对距离或方位，降低了对节点硬件的成本，体积和能量消耗，更适合于大规模传感器网络。但非测距的节点定位方法的精度较低，在理想环境下其定位精度仍可满足应用的需求，但在山区复杂地形上的应用时其定位精度难于满足实际应用的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线传感器网络节点定位方法及装置，可以在山区地形中提高无线传感器网络节点定位的精度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案一种无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，包括：S1：对于待检测区域上的每一个锚节点，根据锚节点的平面坐标计算其到所述待检测区域上其他锚节点的水平距离之和，并根据其到其他锚节点的最小跳数之和以及所述水平距离之和计算其平均每跳水平距离；S2：对于所述每一个锚节点，根据其平均每跳水平距离计算其到其他锚节点的水平估计距离，并根据其到其他锚节点的水平估计距离、其到其他锚节点的水平实际距离以及其到其他锚节点的最小跳数计算其跳距修正平均值；S3：对于所述每一个锚节点，根据其跳距修正平均值以及其平均每跳水平距离计算其修正平均每跳水平距离；S4：根据所述待检测区域上未知节点周围锚节点的修正平均每跳水平距离以及所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的最小跳数计算所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离，根据所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离以及所述未知节点周围锚节点的平面坐标确定所述未知节点的平面坐标；S5：根据所述待检测区域的二维电子网格模型、三维电子网格模型以及所述未知节点的平面坐标确定所述未知节点的三维坐标。优选地，在步骤S1之前还包括：在所述待检测区域上随机布放无线传感器节点。优选地，所述步骤S5包括：S51：获取所述二维电子网格模型中所述未知节点的平面坐标所在的网格；S52：在所述网格的四个顶点中确定距离所述未知节点的平面坐标最近的三个顶点；S53：获取所述三维电子网格模型中与所述三个顶点对应的三个三维坐标，并根据所述三个三维坐标构成的平面以及所述未知节点的平面坐标确定所述未知节点的三维坐标。优选地，所述待检测区域为山区地形。为实现上述目的，本专利技术的技术方案还提供了一种无线传感器网络节点定位装置，包括：第一处理模块，用于对于待检测区域上的每一个锚节点，根据锚节点的平面坐标计算其到所述待检测区域上其他锚节点的水平距离之和，并根据其到其他锚节点的最小跳数之和以及所述水平距离之和计算其平均每跳水平距离；第二处理模块，用于对于所述每一个锚节点，根据其平均每跳水平距离计算其到其他锚节点的水平估计距离，并根据其到其他锚节点的水平估计距离、其到其他锚节点的水平实际距离以及其到其他锚节点的最小跳数计算其跳距修正平均值；第三处理模块，用于对于所述每一个锚节点，根据其跳距修正平均值以及其平均每跳水平距离计算其修正平均每跳水平距离；第一确定模块，用于根据所述待检测区域上未知节点周围锚节点的修正平均每跳水平距离以及所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的最小跳数计算所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离，根据所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离以及所述未知节点周围锚节点的平面坐标确定所述未知节点的平面坐标；第二确定模块，用于根据所述待检测区域的二维电子网格模型、三维电子网格模型以及所述未知节点的平面坐标确定所述未知节点的三维坐标。优选地，所述无线传感器网络节点定位装置还包括：布放模块，用于在所述待检测区域上随机布放无线传感器节点。优选地，所述第二确定模块包括：搜索单元，用于获取所述二维电子网格模型中所述未知节点的平面坐标所在的网格；第一计算单元，用于在所述网格的四个顶点中确定距离所述未知节点的平面坐标最近的三个顶点；第二计算单元，用于获取所述三维电子网格模型中与所述三个顶点对应的三个三维坐标，并根据所述三个三维坐标构成的平面以及所述未知节点的平面坐标确定所述未知节点的三维坐标。优选地，所述待检测区域为山区地形。本专利技术不但节点硬件成本低，而且体积小和能量消耗低，更适合于大规模传感器网络，并且相比传统的非测距无线传感器节点定位技术，本专利技术在山区地形中的定位精度有大幅度提高，能够满足实际应用的要求。附图说明图1是本专利技术实施方式提供的一种无线传感器网络节点定位方法的流程图；图2是本专利技术实施方式提供的一种无线传感器网络节点在山区地形上随机分布的示意图；图3是本专利技术实施方式提供的一种无线传感器节点垂直投影到平面的随机分布图；图4是本专利技术实施方式提供的一种计算锚节点之间的水平估计距离的示意图；图5是本专利技术实施方式提供的一种三边测量法的示意图；图6是本专利技术实施方式提供的一种极大似然估计法的示意图；图7-图8是本专利技术实施方式提供的一种确定未知节点的三维坐标的示意图；图9是本专利技术实施方式提供的不同通信半径的平均相对误差曲线图；图10是本专利技术实施方式提供的不同锚节点比例的平均相对误差曲线图；图11是本专利技术实施方式提供的不同节点总数的平均相对误差曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。参见图1，图1是本专利技术实施方式提供的一种无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，包括：S1：对于待检测区域上的每一个锚节点，根据锚节点的平面坐标计算其到所述待检测区域上其他锚节点的水平距离之和，并根据其到其他锚节点的最小跳数之和以及所述水平距离之和计算其平均每跳水平距离；S2：对于所述每一个锚节点，根据其平均每跳水平距离计算其到其他锚节点的水平估计距离，并根据其到其他锚节点的水平估计距离、其到其他锚节点的水平实际距离以及其到其他锚节点的最小跳数计算其跳距修正平均值；S3：对于所述每一个锚节点，根据其跳距修正平均值以及其平均每跳水平距离计算其修正平均每跳水平距离；S4：根据所述待检测区域上未知节点周围锚节点的修正平均每跳水平距离以及所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的最小跳数计算所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离，根据所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离以及所述未知节点周围锚节点的平面坐标确定所述未知节点的平面坐标；S5：根据所述待检测区域的二维电子网格模型、三维电子网格模型以及所述未知节点的平面坐标确定所述未知节点的三维坐标。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，包括：S1：对于待检测区域上的每一个锚节点，根据锚节点的平面坐标计算其到所述待检测区域上其他锚节点的水平距离之和，并根据其到其他锚节点的最小跳数之和以及所述水平距离之和计算其平均每跳水平距离；S2：对于所述每一个锚节点，根据其平均每跳水平距离计算其到其他锚节点的水平估计距离，并根据其到其他锚节点的水平估计距离、其到其他锚节点的水平实际距离以及其到其他锚节点的最小跳数计算其跳距修正平均值；S3：对于所述每一个锚节点，根据其跳距修正平均值以及其平均每跳水平距离计算其修正平均每跳水平距离；S4：根据所述待检测区域上未知节点周围锚节点的修正平均每跳水平距离以及所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的最小跳数计算所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离，根据所述未知节点到所述未知节点周围锚节点的水平距离以及所述未知节点周围锚节点的平面坐标确定所述未知节点的平面坐标；S5：根据所述待检测区域的二维电子网格模型、三维电子网格模型以及所述未知节点的平面坐标确定所述未知节点的三维坐标。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：在所述待检测区域上随机布放无线传感器节点。3.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述步骤S5包括：S51：获取所述二维电子网格模型中所述未知节点的平面坐标所在的网格；S52：在所述网格的四个顶点中确定距离所述未知节点的平面坐标最近的三个顶点；S53：获取所述三维电子网格模型中与所述三个顶点对应的三个三维坐标，并根据所述三个三维坐标构成的平面以及所述未知节点的平面坐标确定所述未知节点的三维坐标。4.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述待检测区域为山区地形。5.一种无线传感器网络节点定位装置，其特征在于，包括：第一处...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡中栋，王振东，王俊岭，曾珽，易涛，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36