无线传感器网络测距定位方法
【专利摘要】本发明涉及无线传感器网络定位技术，具体为无线传感器网络测距定位方法。解决现有技术定位精度低及算法复杂的问题。本发明所述方法先利用面积值确定未知节点与信标节点的相对位置，通过建立系数<i>T</i><i>A</i><i>、T</i><i>B</i><i>、T</i><i>C</i>与区域关系的方法，直接求解未知节点坐标并进行了坐标值优化，通过仿真分析并且与其它的一些算法进行对比，本发明所述方法提高了算法的精度，降低了算法的复杂度，减少节点的能量消耗，延长了节点的生命周期。
【专利说明】
无线传感器网络测距定位方法
技术领域
[0001] 本发明设及无线传感器网络定位技术，具体为无线传感器网络测距定位方法。主 要应用在无线传感器网络中获取传感器节点准确的位置信息。
【背景技术】
[0002] 近年来物联网技术不断取得新的成果，已经运用到国防军事、环境监测、交通管 理、医疗卫生、制造业、抗灾抢险等领域，作为物联网底层重要技术之一的无线传感器网络 已经成为了研究热点。其中，通过定位算法获取准确的位置信息是无线传感器网络十分重 要的一项内容。
[0003] 与DV-H0P算法等基于非测距的定位算法不同，基于测距的定位算法需要进行距离 测量，但它的定位精度高于前者。与此相关的一些算法有，Ξ边定位算法，Ξ边质屯、定位算 法、粒子群定位算法等。运些现有的部分算法要么定位精度较低（如，质屯、定位算法），要么 算法需要进行大量的迭代运算而过于复杂(如，粒子群定位算法）。
【发明内容】
[0004] 本发明解决现有算法技术定位精度低及算法复杂的问题，提供一种无线传感器网 络测距定位方法。
[0005] 本发明是采用如下技术方案实现的：无线传感器网络测距定位方法，是由如下步 骤实现的：
[0006] Z1:未知节点P接受周围信标节点的信号，并将接收到的信号强度值转化为未知节 点和信标节点之间的距离值；
[0007] Z2:设定该未知节点P接受到信号的信标节点数量为m，m含3, W任3个位置不共线 的信标节点为一组，一共k组；
[000引Z3:从第一组信标节点一直到第k组信标节点依次计算未知节点P的坐标，一共得 至化个坐标，分别表示为(Xpl，ypl)，……（邮，7。10。选取其中第11组信标节点，11取值为巧化，将 该组信标节点设定为A、B、C，计算出未知节点P的坐标(xpu，ypu)，为上述k个坐标之一。3个信 标节点A、B、C将整个平面划分成屯个区域：
[0009] 区域1:3个信标节点A、B、C构成的Ξ角形内部区域；
[0010] 区域2:信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点W外的直线、信标节点A和信标 节点C构成的线段AC、信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点W外的直线围成的区域； [0011 ]区域3:信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点W外的直线、信标节点A和信标 节点B构成的线段AB、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点W外的直线围成的区域； [0012]区域4:信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点W外的直线、信标节点B和信标 节点C构成的线段BC、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点W外的直线围成的区域； [001引区域5:信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点W外的直线、信标节点A和信标 节点C构成的射线AC的C点W外的直线围成的区域；
[0014]区域6:信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点W外的直线、信标节点A和信标 节点B构成的射线AB的B点W外的直线围成的区域；
[001引区域7:信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点W外的直线、信标节点C和信标 节点A构成的射线CA的A点W外的直线围成的区域；
[0016] Z4:确定未知节点P所处区域：
[0017] 满足公式：Sabg = Sabp+Sagp+Sbgp未知节点P在区域1;
[001引满足公式：Sabp+Sbcp = Sabc+Sacp未知节点P在区域2;
[0019] 满足公式：Sagp+Sbgp = Sabg+Sabp未知节点P在区域3;
[0020] 满足公式：Sacp+Sabp = Sabc+Sbcp未知节点P在区域4;
[002。 满足公式：Sabp = Sacp+Sabc+Sbcp未知节点P在区域5;
[00剖满足公式：Sacp = Sabp+Sabc+Sbcp未知节点P在区域6;
[002；3] 满足公式：Sbcp = Sacp+Sabc+Sabp未知节点P在区域7;
[0024]其中S为采用海伦公式算出的相应Ξ角形的面积，S下标中的Ξ个字母为Ξ角形的 Ξ个顶点。
[002引巧:未知节点P第U个坐标(Xpu，ypu)的计算公式如下：
[0026] Xpu = Ta · Xa+Te · xb+Tc · Xc
[0027] ypu = Ta · ya+Τβ · yb+Tc · yc
[00測其中，（xa，ya)为信标节点A的坐标，（xb，yb)为信标节点B的坐标，（xc，yc)为信标节 点C的坐标;Ta、Tb、Tc为区域系数，与P点所在区域有关。
[0036] Z6:坐标值优化
[0037] 当k含5时，求取未知节点P的k个坐标(χρ?,γρ?)，......（Xpk，ypk)的横坐标平均值、纵 坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标；
[0038] 当k巧时，计算每一个未知节点坐标分别到其余未知节点坐标的距离，得到k-1个 距离值并求它们的和，如此得到k个和值，将k个和值由小到大排序，保留前五个和值，求前 五个和值对应未知节点坐标的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐 标。
[0039] 本发明所述方法先利用面积值确定未知节点与信标节点的相对位置，通过建立系 数Ta、Tb、Tc与区域关系的方法，直接求解未知节点坐标并进行了坐标值优化，通过仿真分析 并且与其它的一些算法进行对比，本发明所述方法提高了算法的精度，降低了算法的复杂 度，减少节点的能量消耗，延长了节点的生命周期。
【附图说明】
[0040] 图1为步骤Ζ3Ξ个信标节点A、B、C将整个平面划分成屯个区域的示意图。
【具体实施方式】
[0041] 无线传感器网络测距定位方法，是由如下步骤实现的：
[0042] Z1:未知节点P接受周围信标节点的信号，并将接收到的信号强度值转化为未知节 点和信标节点之间的距离值;运里转化采用的是公知的对数一常数无线信号传播模型。
[0043] Z2:设定该未知节点P接受到信号的信标节点数量为m，m含3, W任3个位置不共线 的信标节点为一组，一共k组；
[0044] Z3:从第一组信标节点一直到第k组信标节点依次计算未知节点P的坐标，一共得 至化个坐标，分别表示为(Xpl，ypl)，……（邮，7。1〇;选取其中第11组信标节点，11取值为巧化，将 该组信标节点设定为A、B、C，计算出未知节点P的坐标(xpu，ypu)，为上述k个坐标之一。3个信 标节点A、B、C将整个平面划分成屯个区域：
[0045] 区域1:3个信标节点A、B、C构成的Ξ角形内部区域；
[0046] 区域2:信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点W外的直线、信标节点A和信标 节点C构成的线段AC、信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点W外的直线围成的区域；
[0047] 区域3:信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点W外的直线、信标节点A和信标 节点B构成的线段AB、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点W外的直线围成的区域；
[0048] 区域4:信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点W外的直线、信标节点B和信标 节点C构成的线段BC、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点W外的直线围成的区域；
[0049] 区域5:信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点W外的直线、信标节点A和信标 节点C构成的射线AC的C点W外的直线围成的区域；
[0050] 区域6:信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点W外的直线、信标节点A和信标 节点B构成的射线AB的B点W外的直线围成的区域；
[0051] 区域7:信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点W外的直线、信标节点C和信标 节点A构成的射线CA的A点W外的直线围成的区域；
[0052] Z4:确定未知节点P所处区域：
[00对满足公式：Sabc = Sabp+Sacp+Sbcp未知节点P在区域1;
[0054] 满足公式：Sabp+Sbcp = Sabc+Sacp未知节点P在区域2;
[00对满足公式：Sacp+Sbcp = Sabc+Sabp未知节点P在区域3;
[0056] 满足公式：Sacp+Sabp = Sabc+Sbcp未知节点P在区域4;
[0057] 满足公式：Sabp = Sacp+Sabc+Sbcp未知节点P在区域5;
[005引满足公式：Sacp = Sabp+Sabc+Sbcp未知节点P在区域6;
[0059] 满足公式：Sbcp = Sacp+Sabc+Sabp未知节点P在区域7;
[0060] 其中S为采用海伦公式算出的相应Ξ角形的面积，S下标中的Ξ个字母为Ξ角形的 Ξ个顶点；
[0061 ] 所述的海伦公式为公知常识：
[0064] 式中：S为Ξ角形面积，L1、L2、L3代表Ξ角形的Ξ条边长。
[0065] Z5:未知节点P第U个坐标(Xpu，ypu)的计算公式如下：
[0066] Xpu = Ta · Xa+Te · xb+Tc · Xc
[0067] ypu = Ta · ya+Τβ · yb+Tc · yc
[00側其中，（xa，ya)为信标节点A的坐标，（xb，yb)为信标节点B的坐标，（xc，yc)为信标节 点C的坐标;Ta、Tb、Tc为区域系数，与P点所在区域有关。
[0076] Z6:坐标值优化
[0077] 当k含5时，求取未知节点P的k个坐标(却1，ypi)，......（ Xpk，ypk)的横坐标平均值、纵 坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标；
[0078] 当k巧时，计算每一个未知节点坐标分别到其余未知节点坐标的距离，得到k-1个 距离值并求它们的和，如此得到k个和值，将k个和值由小到大排序，保留前五个和值，求前 五个和值对应未知节点坐标的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐 标。
【主权项】
1. 一种无线传感器网络测距定位方法，其特征在于是由如下步骤实现的： Z1:未知节点P接受周围信标节点的信号，并将接收到的信号强度值转化为未知节点和 信标节点之间的距离值； Z2:设定该未知节点P接受到信号的信标节点数量为m，m^3,以任3个位置不共线的信 标节点为一组，一共k组； Z3:从第一组信标节点一直到第k组信标节点依次计算未知节点P的坐标，一共得到k个 坐标，分别表示为(xpl，ypl)，……（1心^1〇;选取其中第11组信标节点，11取值为1到1^将该组 信标节点设定为A、B、C，计算出未知节点P的坐标(x pu，ypu)，为上述k个坐标之一;3个信标节 点A、B、C将整个平面划分成七个区域： 区域1:3个信标节点A、B、C构成的三角形内部区域； 区域2:信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点A和信标节点 C构成的线段AC、信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线围成的区域； 区域3:信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点 B构成的线段AB、信标节点C和信标节点A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域； 区域4:信标节点A和信标节点B构成的射线AB的B点以外的直线、信标节点B和信标节点 C构成的线段BC、信标节点A和信标节点C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域； 区域5:信标节点B和信标节点C构成的射线BC的C点以外的直线、信标节点A和信标节点 C构成的射线AC的C点以外的直线围成的区域； 区域6:信标节点C和信标节点B构成的射线CB的B点以外的直线、信标节点A和信标节点 B构成的射线AB的B点以外的直线围成的区域； 区域7:信标节点B和信标节点A构成的射线BA的A点以外的直线、信标节点C和信标节点 A构成的射线CA的A点以外的直线围成的区域； Z4:确定未知节点P所处区域： 满足公式:Sabc = Sabp+Sacp+Sbcp未知节点P在区域1; 满足公式:Sabp+Sbcp = Sabc+Sacp未知节点P在区域2; 满足公式:Sacp+Sbcp = Sabc+Sabp未知节点P在区域3; 满足公式:Sacp+Sabp = Sabc+Sbcp未知节点P在区域4; 满足公式:Sabp = Sacp+Sabc+Sbcp未知节点P在区域5; 满足公式:Sacp = Sabp+Sabc+Sbcp未知节点P在区域6; 满足公式:Sbcp = Sacp+Sabc+Sabp未知节点P在区域7; 其中S为采用海伦公式算出的相应三角形的面积，S下标中的三个字母为三角形的三个 顶点； Z5:未知节点P第u个坐标(xpu，ypu)的计算公式如下： XPu = Ta · Xa+Τβ · Xb+Tc · Xc ypu=TA · ya+Τβ · yb+Tc · y〇 其中，（xa，ya)为信标节点A的坐标，（xb，yb)为信标节点B的坐标，为信标节点C的 坐标;TA、TB、Tc为区域系数，与P点所在区域有关，当k < 5时，求取未知节点P的k个坐标(xP 1，yp 1)， （ xPk，yPk)的横坐标平均值、纵坐标 平均值，作为优化后未知节点P的坐标； 当k>5时，计算每一个未知节点坐标分别到其余未知节点坐标的距离，得到k-Ι个距离 值并求它们的和，如此得到k个和值，将k个和值由小到大排序，保留前五个和值，求前五个 和值对应未知节点坐标的横坐标平均值、纵坐标平均值，作为优化后未知节点P的坐标。
【文档编号】G01S5/10GK105824007SQ201610338926
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】乔学工, 曹建, 张文爱, 王华倩, 李瑞莲
【申请人】太原理工大学