一种基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,简称WSN)是由部署在特定的监测 区域内大量廉价、微型的、具有通信能力和计算能力的感器节点构成的自组织分布式网络 系统，它具有快速展开、高健壮性和抗毁性等特点，能够广泛应用于军事、环境检测和预报、 智能家居等诸多领域，已经引起了世界许多国家军界、学术界和工业界的高度重视。
[0003] 节点定位作为WSN中很重要的一部分，自然也是国内外研究的热点。节点定位 (NodeLocalization)是指通过一定的方法、技术和手段，再结合区域中的锚节点计算出网 络中的未知节点的相对位置或者绝对位置的过程。在通常的WSN中，一般有两种节点，一种 是未知节点（UnknownNode，UN)，其不知道自己的物理位置信息，需要通过定位得到位置信 息；另一种是信标节点（BeaconNode，BN)或称锚节点（AnchorNode，AN)，其相关位置信息 是已知的，其是事先布置好或者是带有可获得自己位置信息的GPS等设备的传感器节点。 关于WSN中节点定位问题存在大量的研究和算法，定位过程主要是基于两种节点即静态锚 节点和动态锚节点来完成，但由于锚节点的成本比较高，最近来大多研究人员转向减少锚 节点的数量的研究，基于移动锚节点的研究尤为多，因为其只需要一个或少数几个锚节点， 可大大减少锚节点的数量，进而可降低定位的成本。
[0004] 无线传感器网络的定位技术可以按照节点间是否测距来划分，其中，比较常用的 一种是基于接收信号强度指示的测距技术。接收端根据接收到的发射端发来的某一功率， 通常利用已有的理论或者经验传输模型，再结合信号在传播的过程中的功率损耗，将功率 转化为传输距离来进行测距的一种方法。基于RSSI的测距就是根据接收的信号强度测量 距离的一种方法。信号在传输的时候会有一定的损耗，在测距时，发射功率已知，功耗与传 输距离存在关系，可以利用传输过程中信号的功耗，得到信号传输距离。
[0005] 未知节点通过测距技术得到了自身与锚节点的距离信息后，通常利用三边测量法 或极大似然估计法进行自身定位。
[0006] 三边测量法是本算法会用到的方法，具体实现如下：设点A、点B、点C是锚节点， 点D是未知节点，三个锚节点的坐标分别为（xa,ya)、（xb,yb)和（X。，y。)，D点坐标为（X，y)， D到三个锚节点的距离分别为da、4和d。。由式（1-1)可以计算节点D的坐标即式（1-2)，
【发明内容】
[0009] 本发明目的在于提供一种基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法。
[0010] 本发明的目的是这样实现的：
[0011] (1)确定网络区域中的簇头节点，选择通信范围内含未知节点最多的点为簇头并 将整个簇进行标记，除去标记节点继续按上述要求选择簇头，直到所有节点都被标记；
[0012] (2)锚节点选择有最多待定未知节点的簇的簇首位置作为初始位置，准备按规划 好的路径策略进行移动；
[0013] (3)当锚节点到达簇首后，判断簇首区域内未知节点的个数，若大于等于6个，则 锚节点沿着以簇首为中心点的正六边形移动，正六边形的偏转角度值是这个簇首与下一次 要移动到的簇首的连线的倾斜角，若未知节点小于6个，则锚节点直接向未知节点移动；
[0014] (4)锚节点在每个簇首、正六边形的顶点及移动到的未知节点处广播自己的位置 消息；
[0015] (5)当未知节点接收到3个及以上的虚拟锚节点的位置消息后，未知节点进行自 定位或重定位；
[0016] (6)判断区域内节点是否都已完成自定位，若是则锚节点停止移动，定位完成，否 贝1J，锚节点向下一个簇进行移动，在簇内继续按照步骤3进行移动。
[0017] 所述步骤（3)中正六边形的边长与簇首的通信半径、未知节点的通信半径及锚节 点通信半径间存在如下关系：
[0019] 其中，L为正六边形的边长，R为簇首的通信半径，R。为未知节点的通信半径，RnS 锚节点通信半径。
[0020] 当所述步骤5中的节点达到转化为静态锚节点的条件时，将该节点转变为静态锚 节点，参与到区域内未知节点的定位过程中。
[0021] 本发明的有益效果在于：
[0022] 1、有效且低成本得解决了锚节点共线问题。传统移动模型在定位时需要借助雷达 等外设或者增加一些信号接收阵列装置来解决此问题，而本算法在具有较多节点的簇内的 移动路径为以簇首为中心的正六边形，大大减小了未知节点收到三个共线的位置信息的可 能性。
[0023] 2、有较高的节点定位覆盖率及定位精度。本发明中，正六边形的移动路径使得未 知节点收到的虚拟信标成正三角形的可能性增加，因此定位精度增大，同时，节点在各个簇 之间进行移动进行定位时，具有较准确位置的已定位未知节点会转化为静态锚节点，辅助 定位，使得节点定位的覆盖率及定位精度很高。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法的流程图。
[0025] 图2为本发明基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法的定位覆盖率与 锚节点通信半径之间的关系。
[0026] 图3为本发明基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法锚节点移动路径 与其通信半径之间的关系。
[0027] 图4为本发明基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法节点定位效果图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明做进一步描述：
[0029] 本发明提供了一种基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法（CMLA)。算 法分为三个阶段：分簇阶段、移动锚节点的路径规划阶段和未知节点定位阶段。首先，根据 节点通信范围内未知节点数目选出区域的簇头节点；其次，将通信区域内含未知节点最多 的簇头作为锚节点的初始位置，锚节点判断簇首区域内的未知节点个数来决定簇间移动路 径，并根据簇首间的距离向各簇首进行移动；最后，当未知节点接收到3个及以上的虚拟锚 节点的位置消息后开始进行定位。
[0030] 该算法的移动策略可以有较高的覆盖区域率和节点定位精度，有效的解决了传统 算法中存在的共线问题。
[0031] 实现本发明目的技术方案：
[0032] -种基于分簇的无线传感器网络移动锚节点定位算法，其特征在于：
[0033] 步骤1 :确定网络区域中的簇头节点，选择通信范围内含未知节点最多的点为簇 头并将整个簇进行标记，除去标记节点继续按上述要求选择簇头，直到所有节点都被标 记；
[0034] 步骤2 :锚节点选则有最多待定未知节点的簇的簇首位置作为初始位置，准备按 规划好的路径策略进行移动；
[0035] 步骤3:当锚节点到达簇首后，判断簇首区域内未知节点的个数，若大于等于6个， 则锚节点沿着以簇首为中心点的正六边形移动，正六边形的偏转角度值是这个簇首与下一 次要移动到的簇首的连线的倾斜角，若未知节点小于6个，则锚节点直接向未知节点移动；
[0036] 步骤4 :锚节点在每个簇首、正六边形的顶点及移动到的未知节点处广播自己的 位置消息；
[0037] 步骤5 :当未知节点接收到3个及以上的虚拟锚节点的位置消息后，未知节点进行 自定位或重定位；
[0038] 步骤6:判断区域内节点是否都已完成自定位，若是则锚节点停止移动，定位完 成，否则，锚节点向下一个簇进行移动，在簇内继续按照步骤3进行移动。
[0039] 步骤3中，锚节点的移动策略为：当锚节点到达簇首后，其先判断簇首区域内未 知节点的个数，若大于等于6个，则锚节点沿着以簇首为中心点的正六边形移动，正六边形 的偏转角度值是这个簇首与下一次要移动到的簇首的连线的倾斜角。为了保证簇首区域 内的未知节点都可以正确的自定位，正六边形的边长至少等于簇首区域的外切正六边形的 边长，即正六边形的边长至少是簇首区域半径的
；若区域内未知节点的个数小于6 个，则