一種基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法
【專利摘要】本發明涉及無線傳感器網絡中節點定位【技術領域】，特別是一種基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法，該定位方法在初始階段修正了三維加權質心定位方法的權值，并采用修正權值后的加權質心定位方法估計未知節點的初始位置；在優化階段采用誤差因子來修正測量距離，并采用質點彈簧模型的方法去調整未知節點至最佳位置。本發明的定位方法適用于定位由錨節點構成的幾何體外圍的節點，具有定位精度高，健壯性強優點。
【專利說明】一種基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線傳感器網絡中節點定位【技術領域】，更具體地，涉及一種基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網絡中，節點定位是無線傳感器網絡應用于目標監控與跟蹤等鄰域的前提和基礎。由于傳感節點通常具有能源有限、通信易受環境影響等特點，在獲得錨節點自身正確定位之后，如何快速、準確地定位目標節點的位置，高精度的定位方法顯得十分重要。
[0003]依據對節點位置的估計機制，一般將定位方法分為基于測距的定位方法和非測距的定位方法。基于測距的定位方法常用的測量技術主要有RSS1、TDOA, Τ0Α, Α0Α,節點獲得距離或角度信息后，可以通過三邊測量法或極大似然估計法進行定位。非測距的定位方法主要是通過節點間的連通信息估計節點位置，它的優點是硬件要求較低，但是定位精度有限。典型的非測距的定位方法有質心定位方法、DV-Hop, APIT和MDS-MAP方法等。
[0004]加權質心定位方法是一種基于測距的方法，雖然加權質心定位方法提供一種簡單有效的定位方法，但是 此方法的定位精度有待提高且不適用于定位由錨節點構成的多邊形外圍的節點。近年來，很多相關的文獻針對二維的WCL方法進行了改進。然而，這些改進方法的定位精度主要依賴于權值的設置。在實際環境中，未知節點可能位于由錨節點構成的多邊形外圍，此時僅采用加權的方法未能達到很好的定位效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服已有定位方法的不足之處，提供一種基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法,有效地解決現有加權質心定位方法存在的問題，提高了定位精度，并增強了健壯性。
[0006]為了實現上述目的，本發明提出的方法具體步驟如下:
[0007]步驟1:未知節點根據RSSI信息計算未知節點到錨節點的測量距離；
[0008]步驟2:從所有測量距離中選擇出最小測量距離，根據最小測量距離修正加權質心定位方法的權值；
[0009]步驟3:通過修正權值后的三維加權質心定位方法計算未知節點的初始位置；
[0010]步驟4:計算誤差因子，根據誤差因子修正未知節點與各個錨節點的測量距離；
[0011]步驟5:采用三維的質點彈簧優化(MSO)方法對未知節點位置進行迭代優化處理，當直到滿足迭代終止條件時停止迭代，從而確定未知節點位置。
[0012]在上述定位方法中，所述步驟I中測量距離采用對數-常態分布模型計算。測量距離根據下式獲取得到:
[0013]
【權利要求】
1.一種基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法，適用于定位由錨節點構成的幾何體外圍的未知節點，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:未知節點根據RSSI信息計算未知節點到錨節點的測量距離； 步驟2:從所有測量距離中選擇出最小測量距離，根據最小測量距離修正加權質心定位方法的權值Wi ；
2.根據權利要求1所述的基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法，其特征在于，所述步驟I中測量距離采用對數-常態分布模型計算。
3.根據權利要求2所述的基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法，其特征在于，測量距離根據下式獲取得到:
4.根據權利要求3所述的基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法，其特征在于，所述步驟4中誤差因子是指根據錨節點之間的計算距離和測量距離的差值而得出的修正系數的平均值； 當錨節點Bi與錨節點B」能夠相互通信，根據下式獲取錨節點Bi與錨節點B」之間的修正系數au:
5.根據權利要求4所述的基于質點彈簧模型的三維加權質心定位方法，其特征在于，所述步驟5中未知節點P迭代更新公式為:p(k +1) = lKk) + F(k)/(2m) 其中k是三維的質點彈簧優化方法的迭代次數，F為未知節點P受到的彈簧合力，P(k+1)表示第k次迭代后未知節點的位置值。
【文檔編號】H04W84/18GK103945532SQ201410201801
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】黃以華, 趙汝威 申請人:廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院, 中山大學