一種計算未知節(jié)點的可能位置區(qū)域的切分定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種計算未知節(jié)點的可能位置區(qū)域的切分定 位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線網(wǎng)和傳感網(wǎng)在機場中的應(yīng)用非常普遍，這些應(yīng)用對位置信息的依賴也越來越 嚴重，因此依托于這類網(wǎng)絡(luò)的定位方法一直很受重視。目前，一般把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié) 點定位算法分為兩類：一類是基于測量距離（range-based)的定位方法；另一種是非測距 (range-free)的定位方法。基于測距的定位方法雖然定位精度高，但一般需要專門的硬件 來實現(xiàn)對節(jié)點間的距離或角度的測量，成本較高；而非測距定位方法雖然定位精度有限，但 由于不需要額外的硬件支撐，因此成本較低。由于不同的應(yīng)用對定位精度有不同的要求， 非測距定位算法能夠滿足很多應(yīng)用系統(tǒng)對定位精度的要求，且其成本最低，因此這類算法 越來越受到青睞。然而，現(xiàn)有非測距定位算法的定位精度都很有限，比如：Bounding-Box、 DV-HOP、APIT、SOM等等，它們的定位精度都不高，這限制了這些方法在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0003]在 2002 年由Simic提出的Bounding-Box算法（SimicS.，andSastryS.: 'Distributedlocalizationinwirelessadhocnetworks' ，UCBerkeley,Tech. R印.，UCB/ERLM02/26，2002)屬于非測距算法，通過求未知節(jié)點的直接錨點鄰居的輻射 范圍的交集實現(xiàn)了對未知節(jié)點的定位。它首先將未知節(jié)點的直接錨點鄰居的輻射范圍簡化 為一個正方形，然后求出未知節(jié)點的所有直接錨點鄰居的正方形輻射范圍的重疊區(qū)域，并 將重疊區(qū)域的中心作為未知節(jié)點的位置。Bounding-Box算法只利用了未知節(jié)點的一跳錨點 鄰居，其定位精度和定位覆蓋率都不高，且Bounding-Box計算其未知節(jié)點可能位置區(qū)域的 簡化方法使其定位精度與理論精度有較大偏差。
[0004]DV-hop算法是Niculescu于2003年提出的非測距定位算法（NiculescuD.and NathB. :'DVbasedpositioninginadhocnetworks'Telecommun.Syst., 2003, 22, (1-4)，pp. 267-280)。該算法由3個階段組成：首先，通過鄰居發(fā)現(xiàn)算法讓每個錨節(jié)點獲 得除自己以外的其他每一個錨節(jié)點距離自己的跳數(shù)，并讓每個未知節(jié)點獲得每一個錨節(jié)點 距離自己的跳數(shù)；其次，每個錨節(jié)點分別計算除自己以外的其他每一個錨節(jié)點到自己的平 均每跳距離，并將該信息發(fā)送給它周邊的未知節(jié)點，未知節(jié)點則以距離自己的跳數(shù)最少且 最先收到消息的錨點計算所得的平均每跳距離作為各錨點到自己的平均每跳距離，并乘以 相應(yīng)的跳數(shù)得到各錨點距離自己的估計距離；最后使用三邊測量法確定節(jié)點的位置。該方 法的定位覆蓋率得到了較大提高，但該方法所達到的定位精度也不高，應(yīng)用范圍有限。
[0005]APIT算法是Tian在2003年提出的非測距定位算法，并于2005年發(fā)表在ACM Trans.Embed.Comput.Syst上（HeT. ,HuangC. ,BlumB.M. ,Stankovic,J.A. ,and Abdelzaher,T.F. :'Rangefreelocalizationanditsimpactonlargescalesensor networks'，ACMTrans.EmbedComput.Syst. , 2005, 4, (4),pp. 877-906.)。該算法 首先收集未知節(jié)點所有鄰居錨節(jié)點的信息，然后測試未知節(jié)點是否位于不同的三個錨節(jié)點 組成的三角形內(nèi)，計算所有包含該未知節(jié)點的三角形的重疊區(qū)域，最后用該區(qū)域的質(zhì)心作 為未知節(jié)點的坐標。該方法獲得了較高的精度，但是其定位覆蓋率有限。尤其對于那些不 在任何由三個錨點組成的三角形內(nèi)的未知節(jié)點，該方法無法定位。APIT將定位區(qū)域分成很 多小網(wǎng)格，并對網(wǎng)格進行編號，通過獲得出現(xiàn)在所有包含未知節(jié)點的三角形區(qū)域的網(wǎng)格編 號而得到重疊區(qū)域，該方法需要全網(wǎng)絡(luò)標號，計算過程繁瑣。
[0006]S0M算法（Giorgetti,G.，Gupta,S.K.，andManes,G. : 'Wireless localizationusingselforganizingmaps,.Inti.Conf.onInformationprocessing insensornetworks, (IPSN),Cambridge,MA,USA,Aptil, 2007))是Giorgetti在 2007年提出的非測距定位算法。該算法利用全網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間的跳數(shù)關(guān)系，并通過機器學習 的方法實現(xiàn)了對節(jié)點的位置估計。該方法提高了定位覆蓋率，且其定位精度也有大幅提升， 但依然無法滿足一些需要較高定位精度的應(yīng)用需求，且該方法需要集中計算，通信開銷和 計算開銷都較大。
[0007] 綜上，BoundingBox，DV-H0P，APIT等方法定位精度都不高且定位覆蓋率也不能 完全滿足應(yīng)用需要，S0M的定位覆蓋率雖然有提高，但不能實現(xiàn)分布式計算，且由于需要收 集全網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的跳數(shù)信息，通信量大，計算復雜。且Bounding-Box和APIT對未知節(jié)點可 能位置區(qū)域的計算方法都有不足，因此，本發(fā)明開發(fā)了計算未知節(jié)點可能位置區(qū)域的新方 法，很適合于工程應(yīng)用。
[0008] 在民航領(lǐng)域，各種無線網(wǎng)的應(yīng)用非常普及，許多應(yīng)用需要較高精度的位置信息，但 又不必花費專門硬件去實現(xiàn)精確定位，這就為無須任何輔助定位設(shè)備的適用于固定或者移 動終端定位的非測距定位方法提供了廣闊的應(yīng)用空間。本發(fā)明正是在這樣一種應(yīng)用和需求 背景下提出的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種計算未知節(jié)點的可能位 置區(qū)域的切分定位方法。該方法特別適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位的工程應(yīng)用，能夠減 少未知節(jié)點計算其可能位置區(qū)域(縮寫為PLA)的計算復雜性，且能夠提高節(jié)點的定位精度。
[0010] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的： 本發(fā)明將實際場景中部署的節(jié)點分為兩類：一類是錨點，即已知自身位置坐標的節(jié)點， 比如：帶有GPS的節(jié)點，標記為七;另一類是未知節(jié)點，即不知道自身位置坐標的 節(jié)點，標記為它們需要借助于某種