專利名稱：基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSN)中，節(jié)點所采集到的數據必須結合它們的被測量位置才有意義，而WSN得工作區(qū)域通常是人類不適合進入的區(qū)域或者是敵對區(qū)域。所以WSN要在這些特殊區(qū)域中應用，必須做到以最小的通信開銷和硬件代價實現節(jié)點定位。傳感器網絡自身定位作為無線傳感器網絡的關鍵支撐技術，對無線傳感器網絡的應用和基于位置的網絡協(xié)議研究都有重要意義。現有定位方法大多數針對平面結構進行定位，而現實應用中的無線傳感器網絡節(jié)點往往分布在三維空間中，三維空間定位復雜度較二維更高，研究三維空間定位會更加符合實際節(jié)點的應用情況，分布式低計算復雜度的三維定位方法較二維方法將更有實用性和發(fā)展?jié)摿Α?br> 在bounding cube定位方法中，根據未知節(jié)點鄰居已知節(jié)點的通信范圍，確定出包含有未知節(jié)點的限定立方體，然后用立方體的質心作為未知節(jié)點的估計位置。該方法具有計算簡單、計算量小的特點，但是該方法缺點是對節(jié)點密度和通信半徑有一定的要求，且方法對通信范圍本身采取一定的近似處理，容易造成定位誤差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有無線傳感器網絡定位方法的不足，提出基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法。本發(fā)明的原理是利用錨節(jié)點先向周圍未知節(jié)點廣播自己的位置信息，確定自己通信半徑內的未知節(jié)點編號，以該錨節(jié)點為球心，分別以該錨節(jié)點到附近未知節(jié)點之間的距離為半徑畫球，接著將半徑按照一定的規(guī)則增加一個數值，待定位的未知節(jié)點必然位于球內。以不同的錨節(jié)點做球心，找到一系列包含待定位的未知節(jié)點的球，則任意一個待定位未知節(jié)點被同時包含在不同的球內，取這些球的交集作為待定位未知節(jié)點最可能存在的最小區(qū)域，取這個小區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點的坐標。為了實現上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是
一種基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于包括以下步驟
步驟1、提取位置信息，錨節(jié)點以功率P向周圍未知節(jié)點廣播自己的位置信息，未知節(jié)點可以監(jiān)聽到附近錨節(jié)點的位置信息，記錄這些錨節(jié)點的信號強度，利用信號強度分別計算出各錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離，將所求的距離值作為以該錨節(jié)點為球心的初始球半徑，并將這類球命名為點錨球；
步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點包含于該球內，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點的域錨球； 步驟3、將空間中所有錨節(jié)點、該未知節(jié)點及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影； 步驟4、求出包含該未知節(jié)點的相交圓區(qū)域； 步驟5、求出這個相交圓區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點估算坐標。前述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟3中，將所投影的平面劃分成許多大小相同的小正方形，取小正方形的中心點作為這個小正方形的標記點，這個標記點的坐標即代表了這個小正方形的近似坐標；
前述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟 4中，針對該未知節(jié)點，計算各標記點到錨節(jié)點的距離，判斷各標記點到錨節(jié)點的距離是否小于該錨節(jié)點的域錨球半徑，如果小于，記為掃描次數增1，最后，認為被掃描次數最多的標記點位于相交圓區(qū)域內，同時記錄下該標記點的坐標值Xi，Yi。前述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟5中，統(tǒng)計該相交圓區(qū)域中標記點的個數N，然后求出標記點坐標的均值，作為該未知
權利要求
1.一種基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、提取位置信息，錨節(jié)點以功率P向周圍未知節(jié)點廣播自己的位置信息，未知節(jié)點可以監(jiān)聽到附近錨節(jié)點的位置信息，記錄這些錨節(jié)點的信號強度，利用信號強度分別計算出各錨節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離，將所求的距離值作為以該錨節(jié)點為球心的初始球半徑，并將這類球命名為點錨球；步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點包含于該球內，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點的域錨球；步驟3、將空間中所有錨節(jié)點、該未知節(jié)點及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影；步驟4、求出包含該未知節(jié)點的相交圓區(qū)域；步驟5、求出這個相交圓區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點估算坐標。
2.根據權利要求1所述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟3中，將所投影的平面劃分成許多大小相同的小正方形，取小正方形的中心點作為這個小正方形的標記點，這個標記點的坐標即代表了這個小正方形的近似坐標。
3.根據權利要求2所述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟4中，針對該未知節(jié)點，計算各標記點到錨節(jié)點的距離，判斷各標記點到錨節(jié)點的距離是否小于該錨節(jié)點的域錨球半徑，如果小于，記為掃描次數增1，最后，認為被掃描次數最多的標記點位于相交圓區(qū)域內，同時記錄下該標記點的坐標值Xi，Yi。
4.根據權利要求3所述的一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟5中，統(tǒng)計該相交圓區(qū)域中標記點的個數N，然后求出標記點坐標的均值，作為該未知節(jié)點X，Y坐標的估算值，即
5.根據權利要求1-4所述的任意一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟2中，采用初始球半徑靜態(tài)增徑法，即 R=r+d其中，R為域錨球半徑，r為點錨球半徑，d為固定值，d值可由人為設定。
6.根據權利要求1-4所述的任意一種三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于在步驟2中，采用初始球半徑動態(tài)增徑法，即
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三維空間錨球交域重心的無線傳感器網絡定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、提取位置信息，步驟2、按照一定的規(guī)則增加初始球半徑，使未知節(jié)點包含于該球內，將這類球命名為域錨球，這樣以不同的錨節(jié)點做球心，可以找到一系列包含該未知節(jié)點的域錨球；步驟3、將空間中所有錨節(jié)點、該未知節(jié)點及域錨球分別向XOY、YOZ平面投影；步驟4、求出包含該未知節(jié)點的相交圓區(qū)域；步驟5、求出這個相交圓區(qū)域的重心坐標作為未知節(jié)點估算坐標。本發(fā)明將三維空間定位問題轉換為二維平面的定位，簡化了方法的復雜度，同時降低了方法的計算量，在傳感器節(jié)點能量有限的情況下能取得很好的效果。
文檔編號H04W64/00GK102378361SQ201110083309
公開日2012年3月14日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權日2011年4月2日
發(fā)明者劉宴佳, 夏心江, 張瑞, 江冰, 胡鋼 申請人:河海大學常州校區(qū)