大规模3D无线传感器网络基于凸划分的节点定位方法

摘要

本发明公开了一种大规模3D无线传感器网络基于凸划分的节点定位方法，所涉及的划分方法包括：确定3D无线传感器网络区域的边界节点，得到边界节点集；确定边界节点中的凹节点集合以及簇头凹节点；从簇头凹节点出发将3D无线传感器网络区域划分为多个凹凸率和区域数目合适的子区域集合。所涉及的定位方法包括：对划分后的子区域使用改进的定位方法和DV-hop测距方法确定节点的相对距离信息和锚节点的位置信息将子区域的相对位置信息进行统一，得到整个大规模区域内节点的绝对位置信息。本发明的方法适合大规模3D无线传感器网络区域的节点定位，且定位精度高和速度快。

主权项

一种大规模3D无线传感器网络基于凸划分的节点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，无线传感器网络的区域凸划分对无线传感器网络边界进行提取，得到网络边界节点集合|V_k(o)|；边界节点集合中，任意一个节点o的凹凸率为：$C_k\left(o\right)=\frac{3\times \left|V_k\left(o\right)\right|}{2\mathrm{\pi \rho }\times k^3}$   (式1)式1中，跳步数k满足5≤k≤8，取整数；ρ为空间体密度，若边界节点o满足C_k(o)≥1+ε，则此边界节点o为单纯凹节点；0.05<ε<0.1；记与边界节点o相距为k的节点集合为记一个节点从集合中取节点m开始的个节点，这个节点的集合称为执行：①依次令p₁为中的每一个节点；②从p₁开始，每隔个节点，依次找到节点p₂,p₃,p₄，其中p₁与p₃间最短跳步数为k₁，p₂与p₄间的最短跳步数为k₂：③每一次执行步骤②时，均得到一组k跳步数近邻节点：p₁,p₂,p₃,p₄，记录每一组的k₁和k₂，直到p₁为中最后一个节点；在得到的多组k₁和k₂，中，找出k₁值最小的一组，若在该组中，满足关系式：和|Ck(o)‑1|≤δ，则边界节点o称为鞍节点；其中0.01<δ<ε≤0.1；对凹节点进行聚类，得到单纯凹节点类别和鞍节点类别的簇头节点集合；对于簇头节点集合中任意一个簇头节点o，找到簇头节点o的k跳步数近邻节点p₁,p₂,p₃,p₄，若存在节点q满足：dist(p₁,q)‑dist(p₃,q)|+|dist(p₂,q)‑dist(p₄,q)|≤1   (式5)则对于簇头节点o所有满足式5的节点q构成集合Q(q∈Q)，称Q为由簇头节点o生成的中轴线；式5中，dist()表示括号中两个节点间最短的跳步数；在所有中轴线中，如一条中轴线与其临近的中轴线相互平行，则由两条中轴线构成的平面为分割面；所有分割面将网络分割为多个子区域，然后对每个子区域进行标号；步骤二，无线传感器网络的节点定位计算每个子区域的平均单跳距离，对于一个子区域的待定位节点u，找到使式8中D最大的n个信标节点作为定位u所需的信标节点：$D=\underset{i,j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{({\overrightarrow{l}}_i-{\overrightarrow{l}}_j)}^2-{({\overrightarrow{l}}_i-\overrightarrow{u})}^2$   (式8)式8中，和为信标节点的位置坐标；然后利用三边定位法计算出未知节点的坐标位置。