水下传感器网络定位方法技术

技术编号:7810944 阅读:272 留言:0更新日期:2012-09-27 19:27
本发明专利技术公开了一种水下传感器网络定位方法,融合了三维欧氏距离估计方法、迭代位置估计方法和DV-Hop算法,为了完成普通节点的定位,给出了一跳升级参考节点、两跳参考节点和转发定位请求信息包的下一跳参考节点的选择标准。用三维欧氏距离估计方法和DV-Hop算法计算出普通节点到两跳参考节点的距离,用四边测量法计算出节点的坐标后,根据坐标与到参考节点的距离计算节点的定位误差与信任值,比较信任值与阈值的大小关系,确定此节点是否定位成功、成为升级参考节点;迭代位置估计方法是在普通节点成功定位后,广播包含自身位置的信标信息包,协助其他普通节点的定位。本方法适用于静态或动态的大规模水下无线传感器网络中节点的定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下无线传感器网络技术,尤其涉及ー种水下传感器网络中节点的定位方法。
技术介绍
水下无线传感器网络(UnderwaterWireless Sensor Networks,简称UWSNs)是针对水下环境的应用提出的。UWSNs能够为促进海洋环境管理、资源保护、灾害监测预警、海洋工程、海上生产作业和海洋军事活动等提供更好的技术支持和信息平台,因此水下无线传感器网络有着广阔的应用前景。大多数基于水下传感器网络的应用都与节点所在的位置相关联,要实施这些应用,要求网络中节点位置唯一确定,确定节点位置具有以下重要意义第一、数据必须有位置信息和时间信息标记,节点发送和接收到的数据才有意义;第二、用于基于地理信息的路由协议;第三、用于对水下目标的检测、定位及跟踪此类应用;第四、用于优化介质访问协议。由于节点本身的能量、计算能力及存储能力的限制,水下传感器网络定位面临着特有的技术挑战,因此传感器节点定位信息的准确获取是完成大規模水下传感器网络中的定位服务的ー个关键问题所在,于是如何简单有效并且准确地获取传感器节点的精确位置信息是目前急需解决的关键问题。UWSNs与有着相同特征的大量节点和有限的资源等特征的陆地无线传感器网络TffSNs (Terrestrial Wireless Sensor Networks)有较大区别首先,无线电射频(RadioFrequency, RF)通信方式和光传播方式不适合于水下环境的通信传播(高频率的RF衰减 过快,光在水中会散射、折射、反射等),取而代之的是声波(acoustic)通信(声波衰减很慢,但是由于声速低,导致声波信道有较大的传播延迟、低带宽和高错误率等特点);其次,传感器节点因为水流或其他因素的影响而产生移动,使得网络拓扑结构频繁变化,所以对水下节点的定位是非常必要的,并且水下监测网络也需要确定大量节点的范围,但由于水下声传播特性和节点的移动特性,导致在精度或可扩展性等方面的研究有巨大的挑战;最后,水下环境可被视为是三维空间环境,容易受到海洋环境和网络规模大小等诸多因素影响。因此,传统的TWSNs定位方案由于其局限性而无法应用到UWSNs的定位中;另外,由于水下节点的位置会因为各种因素而不断改变,所以设计的定位方案必须周期性运行来更新节点的位置,这样也増加了网络的通信开销。目前大多数的研究是为小規模水下传感器网络所设计的定位方案,有些为大規模网络设计的定位方案没有完全考虑累积误差对定位精度的影响,这些方案因其较慢的运行速度和很高的通信开销而不能很好的在大規模UWSNs中应用。根据四边測量法,普通节点已知四个參考节点的坐标及到这些节点的距离,分别为(X1, Y1, Z1)、(x2, y2, z2)、(x3, y3, z3)、(x4, y4, z4)和(^、“も,普通节点的坐标为(x, y, z),于是有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水下传感器网络定位方法,其特征在于该方法包括如下步骤 (1)參考节点和升级參考节点周期性广播发送包含自身位置的信标信息; (2)普通节点接收參考节点和升级參考节点发送的信标信息,记普通节点接收到发送信标信息的一跳參考节点个数为m,普通节点接收到发送信标信息的一跳升级參考节点个数为k ; (3)对任ー普通节点,当m> 4吋,根据四边測量法或极大似然估计法计算该普通节点的坐标、定位误差δ和信任值η ;若信任值η大于阈值K,则该普通节点定位成功,成为升级參考节点,否则定位失败; (4)对任ー普通节点,当O< m < 4,且m+k≤4时,根据四边測量法或极大似然估计法计算该普通节点的坐标、定位误差S和信任值H ;若信任值H大于阈值K,则该普通节点定位成功,成为升级參考节点,否则定位失败; (5)对任ー普通节点,当m=3且k=0时,该普通节点发送定位请求信息R1,若该节点存在一跳位置已知的普通节点,接收到此定位请求信息R1的两跳參考节点和一跳位置已知的普通节点反馈包含自身位置的信息给该普通节点,根据三维欧氏距离估计计算该普通节点到两跳參考节点的欧氏距离,根据四边測量法计算该普通节点的位置; (6)对任ー普通节点,当m=3且k=0,且该普通节点不存在一跳位置已知的普通节点吋,或者当m+k≤3且m≤I吋,记该普通节点的两跳參考节点数目为n,若n≤4- (m+k),该普通节点发送定位请求信息R2,根据DV-Hop算法估计该普通节点到两跳參考节点的距离,根据四边測量法计算该普通节点的位置; 其中,一跳參考节点为该普通节点ー跳范围内的參考节点,两跳參考节点为该普通节点一跳參考节点的邻居參考节点,一跳升级參考节点为该普通节点ー跳范围内成功定位的普通节点,一跳位置已知的普通节点为该普通节点ー跳范围内位置已求出但信任值小于阈值K的普通节点。2.根据权利要求I所述的水下传感器网络定位方法,其特征在于所述步骤(4)中,选取C1值最大的(4-m)个ー跳升级參考节点參与普通节点位置的计算,C1值的计算公式为3.根据权利要求I所述的水下传感器网络定位方法,其特征在于所述步骤(5)具体包括如下步骤 (5-1)普通节点发送定位...

【专利技术属性】
技术研发人员:韩光洁刘同庆张晨语朱川江金芳郭惠巢佳
申请(专利权)人:河海大学常州校区
类型:发明
国别省市:

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