一种适用于无线传感器网络的三维自身定位方法

摘要

本发明公开了一种适用于无线传感器网络的三维自身定位方法，通过判断任意目标节点Mb是否位于由任意四个可见锚节点组成的四面体的内部，筛选出位置区域P，并计算所有位置区域P的重心集合，并以此重心集合G中所有元素的坐标的平均值作为目标节点Mb在无线传感器网络中的坐标位置。本发明三维自身定位方法无需复杂的测距设备和昂贵的外部设施，且通信协议相对简单，因此是一种低成本、低功耗的无线传感器网络三维自身定位方法。

主权项

1.一种适用于无线传感器网络中目标节点位置的三维自身定位方法，其特征在于有下列定位步骤：步骤一、拾取可见锚节点无线传感器网络中的锚节点A_a向所述网络内的传感器节点广播信标消息S，能够接收到该信标消息S的目标节点M_b将所述锚节点A_a记为自身的可见锚节点B_ba，并在所述目标节点M_b中保存可见锚节点信息S_Aa；可见锚节点信息S_Aa是由锚节点A_a的标识号ID、锚节点A_a在网络内的位置信息(X_Aa，Y_Aa，Z_Aa)和目标节点M_b接收到锚节点A_a广播信标消息S的信号强度RSS_Aa(简写为接收信号强度RSS_Aa)组成；在无线传感器网络中锚节点与目标节点利用矩阵方式描述它们之间的可见锚节点关系：其中式中，A₁₁表示矩阵中第1行的第1个元素，A_1n表示矩阵中第1行的最后一个元素，A_w1表示矩阵中第w行的第1个元素，A_wn表示矩阵中第w行的最后一个元素，A_ij表示第j个锚节点与第i个目标节点的可见关系，d_ij表示目标节点到可见锚节点的距离，R表示锚节点向外发布信息的通信半径；在本发明中，A_ij＝1表示第j个锚节点是第i个目标节点的可见锚节点，A_ij＝0表示第j个锚节点不是第i个目标节点的可见锚节点；步骤二、建立接收信号强度信息表目标节点M_b与邻居节点K_k交换各自的可见锚节点信息S_Aa，从而获得目标节点M_b与邻居节点K_k关于可见锚节点B_ba的接收信号强度信息表I_b；所述接收信号强度信息表I_b的内容为：式中，表示目标节点M_b的第i个可见锚节点的标识，表示目标节点M_b的第i个可见锚节点的位置坐标，表示目标节点M_b相对于M_b的第i个可见锚节点的接收信号强度，表示目标节点M_b的第1个邻居节点相对于M_b的第i个可见锚节点的接收信号强度，表示目标节点M_b的第2个邻居节点相对于M_b的第i个可见锚节点的接收信号强度，表示目标节点M_b的第k个邻居节点相对于M_b的第i个可见锚节点的接收信号强度，其中，若目标节点M_b的第i个可见锚节点不是邻居节点K_k的可见锚节点，则步骤三、构建四面体在目标节点M_b的可见锚节点B_ba中任意选取四个可见锚节点组成一个四面体，通过穷举，可见锚节点B_ba能够组成的多个四面体记为四面体集合T；步骤四、判断目标节点是否在一个四面体内部采用点位于四面体内的近似法则F来获取包含目标节点M_b的四面体作为其在无线传感器网络中的位置区域P；所述点位于四面体内的近似法则F为式中，m，n，p，q分别表示任意的四个可见锚节点，这四个可见锚节点组成一个四面体，表示目标节点M_b关于第m可见锚节点的接收信号强度，表示第k邻居节点关于第m可见锚节点的接收信号强度，表示目标节点M_b关于第n可见锚节点的接收信号强度，表示第k邻居节点关于第n可见锚节点的接收信号强度，表示目标节点M_b关于第p可见锚节点的接收信号强度，表示第k邻居节点关于第p可见锚节点的接收信号强度，表示目标节点M_b关于第q可见锚节点的接收信号强度，表示第k邻居节点关于第q可见锚节点的接收信号强度；步骤五、选取坐标平均值计算位置区域P的重心集合，并以此重心集合G中所有元素的坐标的平均值作为目标节点M_b在无线传感器网络中的坐标位置；重心集合G＝{G_s|G_s，s＝1……n_p}，式中，n_p表示目标节点M_b的位置区域P所包含的四面体的数目，G_s表示目标节点M_b在位置区域P中的任意一个四面体的重心；所述重心集合G中所有元素的坐标的平均值的具体计算为：$\overline{X_{G_s}}=\frac{\underset{s=1}{\overset{n_p}{\Sigma }}{X}_{G_s}}{n_p},$$\overline{Y_{G_s}}=\frac{\underset{s=1}{\overset{n_p}{\Sigma }}{Y}_{G_s}}{n_p},$$\overline{Z_{G_s}}=\frac{\underset{s=1}{\overset{n_p}{\Sigma }}{Z}_{G_s}}{n_p}.$