一種強自適應性移動節點定位的方法
2023-06-15 07:32:26 4
專利名稱：一種強自適應性移動節點定位的方法
一種強自適應性移動節點定位的方法技術領域
本發明屬於無線傳感器定位跟蹤技術領域，更具體的說，涉及一種用於無線傳感器網絡中強自適應性移動節點定位的方法。
背景技術：
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network, WSN)由大量部署在監控區域的傳感器節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳自組織網絡系統，協作感知、採集和處理相關監控信息。對於大多數應用而言，不知道傳感器節點的位置而感知的數據是沒有意義的。因此，傳感器節點必須明確自身位置才能詳細說明「在什麼位置或者區域發生了特定事件」，實現對外部目標的定位和跟蹤。另外一方面，了解傳感器節點位置信息還可以提高路由效率，為網絡提供命名空間，向部署者報告網絡的覆蓋質量，實現網絡負載均衡等。因此，實現無線傳感器網絡節點的定位技術在無線傳感器網絡的規劃、設計和應用均是一項非常重要的因素。然而，人工部署和為所有網絡節點安裝GPS接收器都會受到成本、功耗和擴展性等方面的限制，甚至在某些場合可能根本無法實現。
目前對無線傳感器網絡定位方法主要分為測距方法和非測距方法兩大類。測距方法依賴額外硬體測量節點間的距離信息，如接受信號強度(RSSI)、信號的到達時間(Τ0Α)、信號到達時間差(TDOA)以及信號的到達角度(AOA);非測距方法主要根據節點的連通性實現節點定位，定位成本較低，例如質心算法、APIT算法，DV-Hop算法,凸規划算法等。
然而，在節點移動的環境中，隨著網絡結構的實時變化，節點速度的不確定性，運動狀態的不可知等因素影響，傳統的定位算法並不能滿足定位要求。幸運的是，研究人員關於對移動節點定位的研究已經取得了長足的進展，並在許多已經公開或授權的專利文獻中得以公開。
例如，中國專利CN101520502A中公開了一種對無線傳感器網絡移動節點的跟蹤定位方法，包括以下步驟:在一個測量定位周期中，近似保持均速直線運動的移動節點以已知的時間間隔發送至少四次低重頻脈衝信標信號，由一個主錨節點連續四次接收信標信號，並通過自時差測量而得到三個相對於初始測量時刻的自時差關係式，利用餘弦定理從由移動節點的運動軌跡和探測波的運動矢徑所構成的定位測量三角形中給出二個三角函數方程，聯解方程式，即能確定出所述移動節點和錨節點之間的相對距離和速度。進一步通過採用信標轉發技術，由二個輔助錨節點向主錨節點轉發所述移動節點最後一次發送的信標信號，實現對移動節點的非同步坐標定位。本發明無需錨節點之間的時間同步即能實現對移動目標的跟蹤定位。
另外，中國專利CN101931866A中一種無線通信技術領域的用於移動無線傳感器網絡的節點定位方法，包括以下步驟:分別給無線傳感器網絡中的每個節點編號並設置初始位置可信度標誌值，初始位置坐標與初始速度矢量；節點以時間T為周期，周期性的廣播其定位信息，同時接收其鄰居節點廣播的定位信息，且通過接收到的鄰居節點的信號強度得到這兩個節點間的粗估位置；對待定位節點分別進行位置枚舉處理、速度更新處理和位置可信度重估處理，得到待定位節點新的位置坐標、新的速度矢量和新的位置可信度標誌值；當前周期結束後，開始新的周期，重新對網絡中的節點進行定位。本發明只需少數已知具體位置的節點，就可在快速移動的無線傳感器網絡實現節點定位服務，且定位簡單、準確度高。
此外,還可以使用蒙特卡羅定位方法(Monte Carlo Localization,MCL)對移動節點進行定位。蒙特卡羅定位方法的核心思想是:在貝葉斯濾波位置估計的基礎上，把待定節點可能出現的位置用加權樣本集的形式表示，用N個帶有權重的離散採樣來估計節點位置。主要通過預測階段和濾波階段實現節點定位。MCL定位算法計算簡單，複雜性低。定位過程中的收斂速度和粒子採樣對定位環境依賴性低。算法隨機性強，適合解決節點運動的無規律問題。
令人失望的，上述的各種對移動節點的定位方法在定位過程的重複計算量非常大，導致系統反應遲滯，難以獲得人們的青睞。本領域技術人員仍然希望出現更多的技術以解決上述的技術問題。發明內容
針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題在於提供一種強自適應性移動節點定位的方法，期待該方法能夠有效降低在對移動節點的定位過程中的計算量，提高系統的反應速度。
為此，本發明提供了一種強自適應性移動節點定位的方法，該方法包括以下步驟:
獲取該移動節點的歷史位置隊列，所述歷史位置隊列中至少包含該移動節點在定位時刻t之前的三個時刻所在的位置坐標、和；
根據所述歷史位置隊列預測該移動節點在定位時刻t時的位置坐標(xt，Yt)；
以移動節點在定位時刻t時的運動速度V和運動方向的角度Θ形成的採樣區域中採集N個樣本點，形成採樣集合Lt，其中，
權利要求
1.一種強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於其包括以下步驟: 獲取該移動節點的歷史位置隊列，所述歷史位置隊列中至少包含該移動節點在定位時刻t之前的三個時刻所在的位置坐標； 根據所述歷史位置隊列預測該移動節點在定位時刻t時的位置坐標(xt，yt)； 以移動節點在定位時刻t時的運動速度V和運動方向的角度Θ形成的採樣區域中採集N個樣本點，形成採樣集合Lt，其中，
2.如權利要求1所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:所述歷史位置隊列由三個時刻所在的位置坐標X2(°)=Xt_2, X3^=Xt-!構成。
3.如權利要求1所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:使用蒙特卡羅方法計算該移動節點在初始定位時 刻前三個時刻所在的位置坐標，形成初始歷史隊列，之後採用本專利方法計算出來的位置進行更新。
4.如權利要求1所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:使用灰度預測模塊GM(1，1)，根據所述歷史位置隊列預測該移動節點在定位時刻t時的位置坐標(xt，yt)。
5.如權利要求1所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:以該移動節點在定位時刻t的前一時刻V1的定位位置為原點，以估算出來的運動速度V的大小為半徑，在運動速度V方向上的順時針方向和逆時針方向各展開所述運動方向的角度Θ形成的扇形區域為採樣區域。
6.如權利要求5所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:如果所述採用區域中的樣本點的數量少於N，則將在所述運動速度V方向上的順時針方向和逆時針方向各展開所述運動方向的角度2* Θ形成的扇形區域為採樣區域。
7.如權利要求1所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:完成採樣區域中採集N個樣本點，形成採樣集合Lt後，還包括濾波步驟，其包括: 提供跳錨節點集合St和跳臨節點集合Tt，所述跳錨節點集合St由所述採樣集合Lt中可以被所述移動節點偵聽到的跳錨節點組成；所述跳臨節點集合Tt由所述採樣集合Lt中不能被移動節點偵聽到，但是可以被所述跳錨節點偵聽到的跳臨節點組成； 測量移動節點至跳錨節點集合St中的樣本s的距離ds，以及移動節點至跳臨節點集合Tt中的樣本S的距離為dt ； 計算採樣集合Lt中各樣本s的分布概率P，
8.如權利要求7所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:完成濾波步驟後,還包括加權步驟,其中,所述採樣集合Lt中各樣本Si對應的權值為:
9.如權利要求8所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:如果滿足濾波條件的樣本的數量大於Ν/4且小於Ν/2，則還包括若干次遺傳交叉步驟，在所述採用集合Lt中形成新的採樣點(xk，yk)，
10.如權利要求9所述的強自適應性移動節點定位的方法，其特徵在於:所述交叉因子取值範圍為
。
全文摘要
本發明屬於無線傳感器定位跟蹤技術領域，具體公開了一種強自適應性移動節點定位的方法，包括以下步驟獲取該移動節點的歷史位置隊列，所述歷史位置隊列中至少包含該移動節點在定位時刻t之前的三個時刻所在的位置坐標；根據所述歷史位置隊列預測該移動節點在定位時刻t時的位置坐標(xt,yt)；以移動節點在定位時刻t時的運動速度v和運動方向的角度θ形成的採樣區域中採集N個樣本點，形成採樣集合Lt。根據採樣集合Lt中的樣本計算該移動節點在定位時刻t的位置。本發明通過對移動節點當前的運動速度和運動方向的估計，從而能夠估計其大概的運動區域，有效降低了在定位過程中的計算量。
文檔編號H04W64/00GK103152745SQ20131010100
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者單志龍, 劉蘭輝 申請人:華南師範大學