一種基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法。
【背景技術】
[0002] 無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network,簡稱WSN)是由部署在特定的監測 區域內大量廉價、微型的、具有通信能力和計算能力的感器節點構成的自組織分布式網絡 系統，它具有快速展開、高健壯性和抗毀性等特點，能夠廣泛應用于軍事、環境檢測和預報、 智能家居等諸多領域，已經引起了世界許多國家軍界、學術界和工業界的高度重視。
[0003] 節點定位作為WSN中很重要的一部分，自然也是國內外研究的熱點。節點定位 (Node Localization)是指通過一定的方法、技術和手段，再結合區域中的錨節點計算出網 絡中的未知節點的相對位置或者絕對位置的過程。在通常的WSN中，一般有兩種節點，一種 是未知節點（Unknown Node，UN)，其不知道自己的物理位置信息，需要通過定位得到位置信 息；另一種是信標節點（Beacon Node，BN)或稱錨節點（Anchor Node，AN)，其相關位置信息 是已知的，其是事先布置好或者是帶有可獲得自己位置信息的GPS等設備的傳感器節點。 關于WSN中節點定位問題存在大量的研究和算法，定位過程主要是基于兩種節點即靜態錨 節點和動態錨節點來完成，但由于錨節點的成本比較高，最近來大多研究人員轉向減少錨 節點的數量的研究，基于移動錨節點的研究尤為多，因為其只需要一個或少數幾個錨節點， 可大大減少錨節點的數量，進而可降低定位的成本。
[0004] 無線傳感器網絡的定位技術可以按照節點間是否測距來劃分，其中，比較常用的 一種是基于接收信號強度指示的測距技術。接收端根據接收到的發射端發來的某一功率， 通常利用已有的理論或者經驗傳輸模型，再結合信號在傳播的過程中的功率損耗，將功率 轉化為傳輸距離來進行測距的一種方法。基于RSSI的測距就是根據接收的信號強度測量 距離的一種方法。信號在傳輸的時候會有一定的損耗，在測距時，發射功率已知，功耗與傳 輸距離存在關系，可以利用傳輸過程中信號的功耗，得到信號傳輸距離。
[0005] 未知節點通過測距技術得到了自身與錨節點的距離信息后，通常利用三邊測量法 或極大似然估計法進行自身定位。
[0006] 三邊測量法是本算法會用到的方法，具體實現如下：設點A、點B、點C是錨節點， 點D是未知節點，三個錨節點的坐標分別為（x a,ya)、（xb,yb)和（X。，y。)，D點坐標為（X，y)， D到三個錨節點的距離分別為da、4和d。。由式（1-1)可以計算節點D的坐標即式（1-2)，

[0009] 另一種分類方法則是根據節點定位事件是否同時發生可把定位算法劃分為并發 式（Incremental)和遞增式（Concurrent)定位兩類。采用并發式定位算法時無線傳感器 網絡中的節點是同時開始計算位置的，節點之間不會相互影響。這類算法能有效的減小累 積誤差且避免局部最小的情況發生；遞增式定位算法一般是從少數幾個節點開始定位，然 后將已被定位的節點（即已知節點）轉換為靜態錨節點，剩余的未知節點根據與這些已知 節點之間的距離或者角度信息采用最大似然法或三邊測量法等方式完成位置估算。在遞增 式定位過程中，每個節點在位置計算的過程中都會產生誤差，這樣難免會產生較嚴重的誤 差累積問題，本發明通過限定已知節點轉化為靜態錨節點的條件來降低累計誤差，

【發明內容】

[0010] 本發明目的在于提供一種可以有效地解決現有無線傳感器網絡移動錨節點定位 算法的共線性問題，降低遞傳統增式定位算法所帶來的累計誤差的基于正六邊形的無線傳 感器網絡遞增式定位算法。
[0011] 本發明的目的是這樣實現的：
[0012] (1)將WSN區域劃分為n個同心正六邊形，n的值計算如下；
[0014] 式中，S是無線傳感器網絡區域面積，L是最內層正六邊形的邊長；
[0015] (2)將錨節點放置到網絡區域的中心，作為移動的起始點；
[0016] (3)錨節點沿著最內層的正六邊形移動，移動完成后繼續向外沿著水平方向移動， 長度為錨節點的通信半徑R ni，然后繼續沿著下一層的正六邊形移動，直到遍歷完所有的正 六邊形；
[0017] (4)錨節點每移了 Rni長度，廣播自己的位置信息；
[0018] (5)區域內未知節點在收到了三個或更多的錨節點信息時，進行定位，定位完成 后，將自己的位置信息發給控制臺，控制臺根據優化的遞增式定位法決定該節點是否可以 轉換為靜態錨節點；
[0019] (6)判斷區域內的節點是否都已完成自定位，若是沒完成，重復步驟（5)，否則，定 位結束。
[0020] 所述步驟⑴中，各層正六邊形的邊長L1Q = 1，2, 3...，n)為錨節點通信半徑的 正整數倍，取值分別為RniJRni.....IiRni，移動錨節點的通信半徑為R ni，未知節點的通信半徑 為R。。
[0021] 本發明的有益效果在于：
[0022] 在ILAH算法中錨節點沿著正六邊形移動，移動軌跡為同心的正六邊形，錨節點每 移動最內層正六邊形的邊長的距離，廣播一次自己的位置信息，這樣形成的虛擬錨節點可 以形成一個正三角形，保證了未知節點收到的錨節點的位置是不共線的，該算法也縮短了 傳統的基于錨節點的策略的路徑長度，計算復雜度不高，但定位精度較高。該算法選擇高效 的靜態錨節點，降低網絡系統的計算和通信開銷，同時也降低遞增式定位所帶來的累計誤 差。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法的流程圖。
[0024] 圖2為本發明基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法錨節點的移動軌 跡。
[0025] 圖3為本發明基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法遞增式定位原理 圖。
[0026] 圖4為本發明基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法在圓形區域內定 位效果圖。
[0027] 圖5為本發明基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法未知節點通信半 徑與定位覆蓋率的關系。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對本發明做進一步描述：
[0029] 本發明提供了一種基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法（ILAH)。該算 法將整個定位區域劃分為同心的正六邊形，錨節點在移動時，按要求廣播其位置信息包，使 區域內的未知節點可以至少收到3個信息包，節點通過這些信息包完成自定位；定位完成 后將定位精度高的節點轉化為靜態錨節點，轉化而來的靜態錨節點將參與未知節點的優化 的遞增式定位，在定位過程中，ILAH算法通過RSSI值得到錨節點和未知節點間的距離，用 加權的三邊定位算法來降低定位誤差。
[0030] 實現本發明目的技術方案包括：
[0031] -種基于正六邊形的無線傳感器網絡遞增式定位算法，其特征在于：
[0032] 步驟1 :將WSN區域劃分為n個同心正六邊形，n的值計算如下；
[0034] 式中，S是無線傳感器網絡區域面積，L是最內層正六邊形的邊長；
[0035] 步驟2 :將錨節點放置到網絡區域的中心，作為移動的起始點；
[0036] 步驟2 :錨節點沿著最內層的正六邊形移動，移動完成后繼續向外沿著水平方向 移動，長度為錨節點的通信半徑Rni，然后繼續沿著下一層的正六邊形移動，直到遍歷完所有 的正六邊形；
[0037] 步驟4 :錨節點每移了 Rni長度，就廣播自己的位置信息；
[0038] 步驟5 :區域內未知節點在收到了三個或更多的錨節點信息時，可以進行定位，定 位完成后，將自己的位置信息發給控制臺，控制臺根據優化的遞增式定位法決定該節點是 否可以轉換為靜態錨節點；
[0039] 步驟6 :判斷區域內的節點是否都已完成自定位，若是沒完成，重復步驟