一种无线传感器网络中的启发式节点定位方法

摘要

本发明是一种无线传感器网络中的启发式参数自适应定位方法，通过在网络中设置一个RSSI-d自动训练区，有效实现RSSI-d模型训练，并将网络中的锚节点按照等边三角形布置，并且锚节点设置为统一设备，未知设备进入网络区域后，首先进入RSSI-d自动训练区进行RSSI-d模型训练，获得与当前网络锚节点之间的RSSI-d模型曲线，以消除设备差异性带来的测距误差。仿真结果表明，本发明克服了现有技术的缺点，提高无线传感器网络未知节点的定位精度，有效平衡定位精度，定位能耗，定位时间三者之间的矛盾，从而改善未知节点的定位性能。在相关定位参数相同的情况下，定位精度高于现有技术方案。

主权项

一种无线传感器网络中的启发式节点定位方法，其特征在于该方法包括以下两个过程：步骤一.接收信号强度指示RSSI与实际距离d之间的模型曲线训练RSSI‑d模型训练在RSSI‑d自动训练区内完成，步骤如下：1）未知节点进入RSSI‑d自动训练区，向RSSI‑d模型存储节点M_E发送RSSI‑d模型查询请求数据包Rd_search_request，M_E根据自身存储情况响应，向未知节点发送RSSI‑d模型查询回复数据包Rd_search_reply;2）未知节点根据Rd_search_reply数据包内容，若得到本类型设备的RSSI‑d模型数据，则本过程结束，进入步骤二未知节点自身定位过程；若未查询到本类型设备的RSSI‑d模型数据，则进行步骤3);3）未知节点向RSSI‑d自动训练区内的训练锚节点M_T广播RSSI‑d模型训练请求数据包Rd_train_request，Rd_train_request广播次数为N_T，广播间隔为T_T；4）RSSI‑d自动训练区内的训练锚节点在收到来自未知节点的Rd_train_request包后，回复RSSI‑d模型训练回复数据包Rd_train_reply；5）未知节点在收到各训练锚节点MT的Rd_train_reply数据包之后，计算与各M_T之间的RSSI均值，并根据已知的距离信息d_1...m，使用最小二乘法进行拟合，得到本类型设备与网络锚节点之间的RSSI‑d模型；6）未知节点向存储节点M_E发送自身的RSSI‑d模型数据包，M_E收到后存储该未知节点类型设备的RSSI‑d模型数据；步骤二.未知节点自身定位21）未知节点进入定位区，根据自身状况确定定位精度、定位时间、定位能耗三者所占权重a₁,a₂,a₃，然后根据最优性能评价函数计算定位参数：定位请求包个数N_L；定位请求包发送间隔T_L；其中，最优性能评价函数的构造方法遵循以下步骤：a)确定性能评价指标定位精度、定位时间、定位能耗三者所占权重a₁,a₂,a₃，且a₁+a₂+a₃＝1；b)确定定位精度、定位时间、定位能耗三者与定位请求包个数n以及定位请求包发送间隔t之间的函数关系f(n,t)、g(n,t)、h(n,t)，函数关系如下：$f(n,t)=\frac{{\sigma }^2}{n}$g(n,t)＝nth(n,t)＝ne_o+(n‑1)te_m其中σ²为噪声方差，节点发送一次请求包或回复包能耗为e_o，节点正常工作状态的每秒平均能耗为e_m；c)建立最优性能评价函数：$E(n,t)=a_1\frac{\frac{{\sigma }^2}{n}-M_{f\min }}{M_{f\max }-M_{f\min }}+a_2\frac{\mathrm{nt}-M_{g\min }}{M_{g\max }-M_{g\min }}+a_3\frac{[{\mathrm{ne}}_o+(n-1)e_m]-M_{h\min }}{M_{h\max }-M_{h\min }}$(M_fmin,M_fmax),(M_gmin,M_gmax),(M_hmin,M_hmax)分别为f(n,t)、g(n,t)、h(n,t)的值域；在构造最优性能评价函数之后，求取使得最优性能评价函数取最小值时的n，t值，分别赋予N_L，T_L；22）未知节点向定位区域内的定位锚节点M_L广播定位请求数据包Lo_request,广播次数为步骤21）中计算所得N_L，发送间隔为步骤21）中计算所得T_L；23）定位锚节点M_L在收到来自未知节点的Lo_request请求包后,立即回复定位回复数据包Lo_reply给未知节点；24）未知节点在收到来自各定位锚节点M_L的Lo_reply回复包之后，计算与各定位锚节点M_L之间的RSSI均值，然后根据自身的RSSI‑d模型计算得到与各定位锚节点M_L之间的距离值d_ML1...d_MLN；25）未知节点可能收到来自三个以上定位锚节点的回复包，根据步骤24）计算得到的距离值，选择出三个最小值d_ML1,d_ML2,d_ML3，并与相应定位锚节点对应；26）未知节点根据步骤25）选择出的与三个定位锚节点之间的距离信息，使用三边测量法计算得到未知节点自身坐标。