一種基于方向決策的動(dòng)態(tài)路徑節(jié)點(diǎn)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于方向決策的動(dòng)態(tài)路徑節(jié)點(diǎn)定位方法，屬于無(wú)線傳感器定位技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 嵌入式、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等科技的研究與進(jìn)步，使得采用配備低功耗處理器、適 量的內(nèi)存器、無(wú)線信號(hào)收發(fā)器等設(shè)備的節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor化tworks，WSNs)成為現(xiàn)實(shí)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般被部署在人煙稀少、范圍廣闊的區(qū) 域。其典型的部署方式是通過(guò)如飛機(jī)的飛行器，將大量傳感器節(jié)點(diǎn)拋撒在監(jiān)測(cè)區(qū)域。無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多功能自治感知網(wǎng)絡(luò)，具有信息感知、通信、信息處理等功能。
[0003] 作為物理世界和數(shù)字世界之間溝通的橋梁，WSNs被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域W處理 信息感知的問(wèn)題，包括:軍事、工業(yè)、建筑、醫(yī)療、航海等，特別在自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警、救援W 及其他緊急情況中充當(dāng)著不可或缺的角色。例如，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)被布置在不同深度的海底 時(shí)，它們可W收集不同位置海水中的溫度、壓力及其他數(shù)據(jù)，從而可W觀測(cè)冰川的活動(dòng)。當(dāng) 傳感器節(jié)點(diǎn)被布置在鳥巢中，它們可W收集特定鳥類的生活習(xí)性。在上述介紹的應(yīng)用中，所 有有用的信息都建立在傳感器節(jié)點(diǎn)精確定位的前提下。因此，在WSNs中節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)是 最基本和最核屯、的技術(shù)之一，有效的定位技術(shù)和最優(yōu)化的定位方法值得被深入研究。
[0004] 如今運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域的定位技術(shù)為：全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System),其技術(shù)已比較成熟，具有定位精度高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。但是WSNs中，傳感器節(jié)點(diǎn) 具有規(guī)模大、成本低、體積小、能量有限和隨機(jī)部署等特點(diǎn)，運(yùn)些特點(diǎn)使得在每一個(gè)傳感器 節(jié)點(diǎn)上都配備一個(gè)GI^設(shè)備不具可行性。因此，設(shè)計(jì)出具有節(jié)能性、健壯性、自組織性的WSNs 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)已成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
[0005] 目前，學(xué)術(shù)界已經(jīng)提出了很多節(jié)點(diǎn)定位算法。其中，基于移動(dòng)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)可 W融合測(cè)距和非測(cè)距技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，所W越來(lái)越受到大家的關(guān)注。
[0006] 目前基于移動(dòng)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)主要分為兩類:一類是將未知節(jié)點(diǎn)的定位問(wèn)題轉(zhuǎn) 化為幾何問(wèn)題，采用未知節(jié)點(diǎn)與錯(cuò)節(jié)點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。另一類則采 用路徑規(guī)劃，即移動(dòng)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)沿著特定軌跡運(yùn)行，并定期發(fā)送數(shù)據(jù)包，未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的數(shù) 據(jù)包進(jìn)行自我定位。
[0007] 在未知節(jié)點(diǎn)分布均勻的區(qū)域中，采用靜態(tài)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)路徑規(guī)劃方法比較合適，靜態(tài)路 徑規(guī)劃方法對(duì)待定位區(qū)域有比較全面的覆蓋，定位精度也比較高。但在傳感器節(jié)點(diǎn)分布不 均但是連續(xù)的U型網(wǎng)絡(luò)或Z型網(wǎng)絡(luò)定位區(qū)域中，靜態(tài)的路徑規(guī)劃算法不夠靈活，大量的時(shí)間 和能源都浪費(fèi)在沒(méi)有傳感器節(jié)點(diǎn)的區(qū)域而節(jié)點(diǎn)分布較密的區(qū)域虛擬錯(cuò)節(jié)點(diǎn)信息則相對(duì)較 少的問(wèn)題，所W靜態(tài)路徑規(guī)劃的方法不合適。而現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法中，錯(cuò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行軌 跡比較平滑，會(huì)存在較大的共線問(wèn)題，所W如何實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的路徑是基于移動(dòng)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)定位 技術(shù)需要解決的問(wèn)題。而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于方向決策的動(dòng)態(tài)路徑 節(jié)點(diǎn)定位方法(簡(jiǎn)稱DPOD)，該方法的錯(cuò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方向遵循60°的倍數(shù)變化，能夠解決錯(cuò)節(jié)點(diǎn) 共線問(wèn)題。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種基于方向決策的動(dòng)態(tài)路徑節(jié)點(diǎn) 定位方法，該方法錯(cuò)節(jié)點(diǎn)采用定向天線辨別通信中傳感器節(jié)點(diǎn)的方位，然后運(yùn)用一種方向 決策方案決定移動(dòng)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)下一步移動(dòng)的方向，移動(dòng)的角度遵循等邊=角形最優(yōu)原理。錯(cuò)節(jié) 點(diǎn)每運(yùn)行一步廣播一次其坐標(biāo)信息，未知節(jié)點(diǎn)在接收到四個(gè)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包后，運(yùn)用基于權(quán) 重選擇的=邊定位算法進(jìn)行自我定位。在錯(cuò)節(jié)點(diǎn)遍歷過(guò)正常路徑后，運(yùn)用網(wǎng)格遞增式優(yōu)化 算法進(jìn)行進(jìn)一步定位優(yōu)化。
[0010]方法流程：
[0011] 步驟1:錯(cuò)節(jié)點(diǎn)廣播自身位置的數(shù)據(jù)包；
[0012] 步驟2:錯(cuò)節(jié)點(diǎn)接收通信范圍內(nèi)未定位節(jié)點(diǎn)反饋數(shù)據(jù)包，并采用定向天線辨別未定 位傳感器節(jié)點(diǎn)所處區(qū)域，遵循等邊=角形最優(yōu)原理，采用六個(gè)固定方向選擇的方向決策方 案決定下一步移動(dòng)的方向；
[0013] 步驟3:錯(cuò)節(jié)點(diǎn)每運(yùn)行一步廣播自身坐標(biāo)信息，步長(zhǎng)為節(jié)點(diǎn)通信半徑的長(zhǎng)度；
[0014] 步驟4:未知節(jié)點(diǎn)接收錯(cuò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包；
[0015] 步驟5:未知節(jié)點(diǎn)在接收到四個(gè)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包后，運(yùn)用基于權(quán)重選擇的=邊定位算 法進(jìn)行自我定位，并向錯(cuò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送反饋數(shù)據(jù)包；
[0016] 步驟6:已定位成功的節(jié)點(diǎn)將自身坐標(biāo)發(fā)送給后臺(tái)；
[0017] 步驟7:錯(cuò)節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行過(guò)程中，若通信半徑內(nèi)接收不到未知節(jié)點(diǎn)信息，則利用功率 控制器增大發(fā)射功率，先增大為通信半徑的兩倍，若還是無(wú)法接收到未知節(jié)點(diǎn)信息，則增大 為通信半徑的=倍，若還是無(wú)法接收到未知節(jié)點(diǎn)信息，則錯(cuò)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)運(yùn)行直到接收到未知 節(jié)點(diǎn)為止，期間不廣播自身定位信息；
[0018] 步驟8:錯(cuò)節(jié)點(diǎn)遍歷所有路徑后，后臺(tái)決策靜態(tài)信標(biāo)點(diǎn)；
[0019] 步驟9:選作靜態(tài)信標(biāo)的節(jié)點(diǎn)廣播自身位置，其他仍未定位的節(jié)點(diǎn)再次接收信息并 定位；
[0020] 步驟10:定位成功的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始信息采集工作。
[0021] 進(jìn)一步的，本發(fā)明所述方法中錯(cuò)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃，包括如下步驟：
[0022] 第一步:方向決策
[0023] 采用定向天線和功率調(diào)節(jié)器，按照特定的方向決策方案決定下一時(shí)刻的移動(dòng)方 向，移動(dòng)方向遵守等邊=角形最優(yōu)原理；
[0024] 第二步:移動(dòng)步長(zhǎng)選取
[0025] 移動(dòng)步長(zhǎng)選取未知節(jié)點(diǎn)通信半徑的長(zhǎng)度。
[0026] 進(jìn)一步的，本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)的信息采集和存儲(chǔ)機(jī)制，包括如下步驟：
[0027] 第一步:錯(cuò)節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)包；
[002引第二步:未知節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包；
[0029]第S步:未知節(jié)點(diǎn)反饋信息；
[0030] 第四步:錯(cuò)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)未知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0031] 進(jìn)一步的，本發(fā)明所述傳感器節(jié)點(diǎn)的自定位方法，包括如下步驟：
[0032] 第一步:未知節(jié)點(diǎn)基于權(quán)重選擇的=邊測(cè)量方法進(jìn)行自我定位；
[0033] 第二步:未知節(jié)點(diǎn)采用網(wǎng)格遞增式優(yōu)化算法進(jìn)行定位優(yōu)化。
[0034] 有益效果：
[0035] 1、本發(fā)明錯(cuò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方向是遵循60°的倍數(shù)變化，很好地解決了錯(cuò)節(jié)點(diǎn)共線問(wèn)題。
[0036] 2、相較于靜態(tài)的路徑規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明減少了總的移動(dòng)長(zhǎng)度，降低了能耗。
[0037] 3、本發(fā)明錯(cuò)節(jié)點(diǎn)不會(huì)在沒(méi)有未知節(jié)點(diǎn)的空白區(qū)域運(yùn)行和廣播自身信息，能夠在有 未知節(jié)點(diǎn)的地方廣播更多的信息，使得有未知節(jié)點(diǎn)的區(qū)域的錯(cuò)節(jié)點(diǎn)密度增大而提高定位精 度。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為本發(fā)明中錯(cuò)節(jié)點(diǎn)定向天線分配圖。
[0039] 圖2為本發(fā)明中錯(cuò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行方向圖。
[0040] 圖3為本發(fā)明中權(quán)重S邊測(cè)量算法圖。
[0041 ]圖4為本發(fā)明中權(quán)重計(jì)算示意圖。
[0042] 圖5為本發(fā)明中網(wǎng)格遞增式定位優(yōu)化原理圖。
[0043] 圖6為本發(fā)明中U型網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路徑仿真圖。
[0044] 圖7為本發(fā)明中Z型網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路徑仿真圖。
[0045] 圖8為本發(fā)明中錯(cuò)節(jié)點(diǎn)工作流程圖。
[0046] 圖9為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0048] 本發(fā)明提供了一種基于方向決策的動(dòng)態(tài)路徑節(jié)點(diǎn)定位方法，該方法包括如下步 驟：
[0049]