一种基于空间坐标信息广播的wsn节点定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，属于无线传感器定 位技术领域。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,即WSN)是由部署在监测区域内大 量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统， 其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。
[0003] 许多运用传感网络的应用正在兴起，如:环境监测、智能建筑故障检测和报告、问 题追踪等。在运些应用中，为了使得所采集到的数据能够清楚地表达出地理位置，节点的自 身定位显得尤为重要。
[0004] 由于节点工作区域往往是人类不适合进入的区域，可能是悬崖，可能是峡谷，也有 可能是敌对区域。有时候传感器节点是通过飞机进行撒放的，所W，节点的具体位置不能事 先确定。且传感网络的应用往往设及到巨大数量的节点。运些特点使得统一部署管理每一 个节点变得不现实。
[0005] GPS定位系统是目前使用最广泛最成熟的定位系统，但是其对于节点的能耗要求 比较大，而且成本昂贵。无线传感器网络的节点数量庞大，且每个节点功率低，可靠性低，只 能和邻近的有限数量的节点进行通信。所W，GPS显然不是一个合适的选择。我们希望找到 一种方法使得传感网络可W自组织坐标系。
[0006] 目前，学术界已经提出了很多节点定位算法。绝大多数的传感网络节点定位算法 研究可分为两大类:基于测距的定位算法和非测距的定位算法。在无线传感器网络中，我们 通常用GPS定位设备或者人工部署等手段获取少量传感器节点的位置，运些节点称为错节 点或信标节点，其余大量节点的位置是未知的。运些未知节点通过与错节点之间的某种通 信来确定自身的位置。其中，通过测量与错节点间的距离或角度来进行自身节点定位的算 法称为基于测距的算法。而仅依据相对位置关系或网络连通性来进行自身节点定位的算法 称为非测距的定位算法。而本发明能够很好地解决上面的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明目的在于解决了在复杂地势情况下，传感器网络中大量节点的自身定位的 问题，提出了一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法利用空中资源，巧妙 地避开了峡谷、丘陵等起伏不平的地势和可能遇到巨大的障碍物的情况。采用沿经线和缔 线的直线飞行方式，减短了总运行路径。利用接收信号强度来估算传感器节点的位置，简化 了定位的算法。
[000引本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:本发明首先确定定位范围，然后将 需要定位的区域用一个矩形框框起来，矩形框两条边应与缔线平行。
[0009]确定飞行平面距离最低地势的高度h，通信半径R，规划路径的飞行间距
'。运行轨迹超出矩形框长度为S = ^(v为飞机匀速飞行速度，Τ为错节点广播 周期）。
[0010]传感器节点实时接收错节点信号，当飞机沿缔线运行时，待定位节点记录下通信 半径内收到的所有经度和其对应的接收信号强度（即RSSI)。选取RSSI最强的两个经度信 息，假设最强的RSSI处的经度为xi，RSSI为mi，次强的RSSI处的经度为X2，RSSI为m2,利用
计算出经度X。同理，当飞机沿经线运行时，可通过
计算出维度y。当 所有节点都存储好经缔度时，定位结束。
[00川方法流程：
[0012] 本发明提供一种基于空间坐标信息广播的WSN节点定位方法，该方法的路径规划 包括如下步骤：
[0013] 第一步:确定定位范围，将其至于矩形框内；
[0014] 第二步:确定飞行高度，测出最低地势海平面高度H，选取合适的飞行高度h，即（0< h<R，R为节点的通信半径），从而确定飞行平面高度化h;
[0015] 第Ξ步:确定飞行间距，由上一步确定的h和节点的通信半径R，规划路径的飞行间 距为
[0016] 第四步:确定飞行轨迹，错节点运行轨迹先后沿缔度和经度运行通过待定位区域， 运行轨迹在超出待定位区域的矩形框后，再运行距离为s = ^(s为运行轨迹超出矩形框长 度，V为飞机匀速飞行速度，T为错节点广播周期）。
[0017] 本发明是基于RSSI比值和经缔度的非测距定位算法，包括如下步骤：
[0018] 第一步:待定位节点在错节点沿缔线和经线运行时，记录下通信半径内所收到的 所有错节点信息，同时记录下每个错节点位置上所接收到的信号强度指示RSSI;
[0019] 第二步:待定位节点从所接收到的所有信息中，选取RSSI最大的两个错节点信息；
[0020] 第Ξ步:利用公式
计算出经度X，通过公式
计算出维度y。其 中，（xi，yi)为接收信号强度最强处的经缔度，X功经度，y功缔度，mi为其信号强度。（X2，y2) 为接收信号强度次强处的经缔度，X2为经度，y2为缔度，m2为其信号强度。（x，y)为待定位未 知节点的经缔度，X为经度，y为缔度；
[0021 ]第四步:存储定位信息，定位完成。
[0022] 本发明是基于单个的错节点在空间的运行;错节点在空中规划平面运行，避开在 地面上存在的复杂的地形和障碍物。
[0023] 有益效果：
[0024] 1、本发明采用单个错节点，只需给错节点配备GPS设备，与多错节点算法相比，本 发明能够很好地节约成本。
[0025] 2、本发明间接利用RSSI算法，有效地规避了衰落给距离测算的带来的误差，具有 良好的定位精度。
[0026] 3、本发明采用的定位方法计算量小，可W显著降低定位运算的复杂度。
[0027] 4、本发明利用空中资源，能够很好地适用于地势起伏、或有较多障碍物的待定位 区域。
[0028] 5、本发明可W有效地缩短错节点运行时间，能够全面覆盖待定位区域，避免了定 位盲区，节约定位时间。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明确定定位范围的示意图。
[0030] 图2为本发明确定飞行平面高度的示意图。
[0031] 图3为本发明计算错节点飞行间距的示意图。
[0032] 图4为本发明移动错节点路径规划示意图。
[0033] 图5为本发明待定位节点在通信范围内接收错节点信息的示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
[0035] 本发明相关参数的说明，包括：
[0036] V-为飞机匀速飞行速度；
[0037] T-为错节点广播周期）；
[0038] Η -最低地势海平面海拔高度；
[0039] h-距离最低地势平面的高度(0<h<R);
[0040] 化h-错节点运行平面海拔高度；
[0041] R 一通信半径.
[0042] d-飞行间距；
[0043] S-运行轨迹超出矩