专利名称：一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法
技术领域：
本发明涉及一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
无线传感网络是一种由大量低复杂度传感器节点通过自组织方式形成的无线网络，网络中的每个节点完成数据采集、数据收发、数据转发等基本功能。无线传感网络最初是在军事领域提出的，现在已经扩展到反恐、防爆、环境监测、医疗保健、家居、商业、工业等众多领域。在众多的应用中，位置信息是采集信息中不可缺少的部分，没有位置信息的监测消息通常毫无意义。因此，确定节点的位置是传感网络最基本的功能之一，对传感网络的有效性起着关键作用。现有节点定位方法可分为基于距离的定位方法和距离无关定位方法。基于距离的节点定位方法通过测量节点间的绝对距离或者方位角，利用节点定位的基本计算方法， 计算未知节点的实际位置。基于距离的节点定位方法定位精度往往比较高，但硬件设计比较复杂，成本很高，且定位容易受到外部环境的影响。距离无关定位方法通过网络的连通性估计节点间的距离，以此计算未知节点的位置。距离无关定位算法定位精度比基于距离的节点定位算法低，但硬件设计简单，功耗和成本相对较低。因此，距离无关定位方法备受关注。随着无线传感器网络研究的不断深入，二维定位算法已经越来越不能满足实际应用的需要，在实际应用中，节点往往分布于三维空间等地形比较复杂的环境中。因此，三维空间中的定位方法十分必要。现存的节点定位方法都存在节点定位精度和节点计算量之间的矛盾若要取得较高的定位精度，则节点的计算量往往很大，这就会大量消耗节点的能量，减少节点的使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法。本发明的定位方法中，信标节点通过GPS接收机来获取自身的位置信息。信标节点定位后，按照不同功率分层策略，功率逐级递增定时广播信标信息，包括信标节点ID、位置坐标(X，Y，Z)、功率分层策略标志、发射功率级别N和功率最小变化射程。未知节点接收信标信息，并将信标信息存储到本地信息表中，信息表包括未知节点ID、信标节点ID、信标节点位置坐标，以及经过简单计算后的两种分层策略中的功率射程上下区间。未知节点读取本地信息表，根据功率发送分层策略1，将定位区域划分为若干立方体，建立坐标系。未知节点为每一个立方体建立信标节点记录，如果一个立方体在信标节点的功率射程之内，则此立方体的信标节点记录加1，遍历所有立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的立方体区域坐标信息。未知节点读取信息表，按照功率分层策略 2的信标信息，将获取的立方体区域再次划分为若干个小立方体，并建立坐标系。未知节点为每一个小立方体建立信标节点记录，如果一个小立方体在信标节点的功率射程之内，则此小立方体的信标节点记录加1。未知节点遍历所有小立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的小立方体，以此小立方体的质心作为未知节点的估计位置，定位完成。 一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法如下1)在待定位区域内将未知节点和信标节点随机布放；2)布放完成后，信标节点利用GPS接收机接收GPS信号，确定自身的精确位置；3)信标节点按照大小不同的功率最小变化射程逐级增加功率，功率逐级递增定时广播信标信息，包括信标节点编号、位置坐标、功率分层标志ι和2、发射功率级别N和功率最小变化射程，功率最小变化射程为信标节点发射功率每次变化的功率间隔；4)未知节点接收信标信息，并将信标信息存储到自身的信息表中；5)未知节点读取信息表，按照功率分层标志1的信标信息，将定位空间分成若干立方体，建立坐标系；6)未知节点为每一个立方体建立信标节点记录，如果该立方体在一个信标节点的功率射程之内，则此立方体的信标节点记录为1 ；如果该立方体在N个信标节点的功率射程之内，则此立方体的信标节点记录为N ；7)未知节点遍历所有立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的立方体区域坐标信息；8)未知节点读取信息表，根据按照功率分层策略2的信标信息，将步骤7)中的立方体区域再次划分为若干个小立方体，并建立坐标系；9)未知节点为每一个小立方体建立信标节点记录，如果该小立方体在一个信标节点的功率射程之内，则此小立方体的信标节点记录为1 ；如果该立方体在N个信标节点的功率射程之内，则此小立方体的信标节点记录为N ；10)未知节点遍历所有小立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的小立方体，以此小立方体的质心作为未知节点的估计位置，定位结束。步骤4)中所述的信息表包括未知节点自身ID、信标节点ID、信标节点坐标、分层标志1功率下限、分层标志1功率上限、分层标志2功率下限、分层标志2功率上限、初次定位立方体区域坐标信息、小立方体区域坐标信息；功率上限为能够到达未知节点的功率级别最小值，下限为不能够到达未知节点的功率级别最大值。步骤6)中所述的信标节点记录为未知节点能够接收到信标信息的信标节点数量。本发明利用信标节点发送的信标信息进行节点定位，无需测量各个节点间的距离，降低了节点硬件设计复杂度，降低了网络成本和外界环境因素对定位性能的影响；采用分布式定位方法，未知节点独立计算自身位置，具有较好的鲁棒性；将定位区域两次划分， 在减小节点计算量的情况下，提高了节点定位精度。
图1是信标节点功率分层标志示意图。
图2是本发明的工作方法软件流程图。
具体实施例方式实施 例一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法如下1)在待定位区域内将未知节点和信标节点随机布放；2)布放完成后，信标节点利用GPS接收机接收GPS信号，确定自身的精确位置；3)信标节点按照大小不同的功率最小变化射程逐级增加功率，功率逐级递增定时广播信标信息，包括信标节点编号、位置坐标、功率分层标志1和2、发射功率级别N和功率最小变化射程，功率最小变化射程为信标节点发射功率每次变化的功率间隔；4)未知节点接收信标信息，并将信标信息存储到自身的信息表中；5)未知节点读取信息表，按照功率分层标志1的信标信息，将定位空间分成若干立方体，建立坐标系；6)未知节点为每一个立方体建立信标节点记录，如果该立方体在一个信标节点的功率射程之内，则此立方体的信标节点记录为1 ；如果该立方体在N个信标节点的功率射程之内，则此立方体的信标节点记录为N ；7)未知节点遍历所有立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的立方体区域坐标信息；8)未知节点读取信息表，根据按照功率分层策略2的信标信息，将步骤7)中的立方体区域再次划分为若干个小立方体，并建立坐标系；9)未知节点为每一个小立方体建立信标节点记录，如果该小立方体在一个信标节点的功率射程之内，则此小立方体的信标节点记录为1 ；如果该立方体在N个信标节点的功率射程之内，则此小立方体的信标节点记录为N ；10)未知节点遍历所有小立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的小立方体，以此小立方体的质心作为未知节点的估计位置，定位结束。步骤4)中所述的信息表包括未知节点自身ID、信标节点ID、信标节点坐标、分层标志1功率下限、分层标志1功率上限、分层标志2功率下限、分层标志2功率上限、初次定位立方体区域坐标信息、小立方体区域坐标信息；功率上限为能够到达未知节点的功率级别最小值，下限为不能够到达未知节点的功率级别最大值。步骤6)中所述的信标节点记录为未知节点能够接收到信标信息的信标节点数量。
权利要求
1.一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法，其特征在于，方法如下1)在待定位区域内将未知节点和信标节点随机布放；2)布放完成后，信标节点利用GPS接收机接收GPS信号，确定自身的精确位置；3)信标节点按照大小不同的功率最小变化射程逐级增加功率，功率逐级递增定时广播信标信息，包括信标节点编号、位置坐标、功率分层标志1和2、发射功率级别N和功率最小变化射程，功率最小变化射程为信标节点发射功率每次变化的功率间隔；4)未知节点接收信标信息，并将信标信息存储到自身的信息表中；5)未知节点读取信息表，按照功率分层标志1的信标信息，将定位空间分成若干立方体，建立坐标系；6)未知节点为每一个立方体建立信标节点记录，如果该立方体在一个信标节点的功率射程之内，则此立方体的信标节点记录为1 ；如果该立方体在N个信标节点的功率射程之内，则此立方体的信标节点记录为N ；7)未知节点遍历所有立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的立方体区域坐标信息；8)未知节点读取信息表，根据按照功率分层策略2的信标信息，将步骤7)中的立方体区域再次划分为若干个小立方体，并建立坐标系；9)未知节点为每一个小立方体建立信标节点记录，如果该小立方体在一个信标节点的功率射程之内，则此小立方体的信标节点记录为1 ；如果该立方体在N个信标节点的功率射程之内，则此小立方体的信标节点记录为N ；10)未知节点遍历所有小立方体的信标节点记录，获取具有最大信标节点记录的小立方体，以此小立方体的质心作为未知节点的估计位置，定位结束。
2.如权利要求1所述的一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法，其特征在于，步骤4)中所述的信息表包括未知节点自身ID、信标节点ID、信标节点坐标、分层标志1功率下限、分层标志1功率上限、分层标志2功率下限、分层标志2功率上限、初次定位立方体区域坐标信息、小立方体区域坐标信息；功率上限为能够到达未知节点的功率级别最小值，下限为不能够到达未知节点的功率级别最大值。
3.如权利要求1所述的一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法，其特征在于，步骤6)中所述的信标节点记录为未知节点能够接收到信标信息的信标节点数量。
全文摘要
一种三维空间无线传感网络区域二次分割迭代定位方法，属于无线通信技术领域。在本发明的定位方法中，信标节点通过GPS接收机来获取自身的位置信息。信标节点定位后，按照不同功率分层策略，功率逐级递增定时广播信标信息。未知节点接收信标信息，并将信标信息存储到本地信息表中。未知节点读取本地信息表，将定位区域先后分割两次，信标节点分别投票两次，最后选取合适区域的质心作为节点位置。本方法可以有效降低节点计算量，提高定位精度。
文档编号H04W64/00GK102158957SQ201110059120
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者任玉鑫, 孟祥沾, 朱振兴, 朱衍波, 邢建平, 马兵 申请人:山东大学