基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線傳感器網絡領域，尤其是一種基于非測距的水下無線傳感器網絡 節點定位方法及系統。
【背景技術】
[0002] 無線傳感器網絡（WSN)融合了智能傳感器、微處理器以及無線通信技術，是一門 極具研究和實用價值的綜合性學科。根據應用環境的不同，可分為陸地無線傳感器網絡和 水下無線傳感器網絡，隨著海洋經濟的快速發展以及各國政府對海洋權益的重視，水下無 線傳感器網絡發展迅速，逐漸成為研究重點，被廣泛應用于海洋環境監控、數據采集、資源 探測、災害防治等相關領域。
[0003] 無線傳感器網絡的信息感知、信息傳遞、控制協調等具體功能由傳感器節點實現， 在大多數的實際應用中，如何快速的獲取目標節點的位置信息，關系到整個網絡能夠正常 運行。在水資源的污染檢測、軍事外敵的入侵監控等具體應用中，沒有位置信息的數據是沒 有任何實際意義的。應用環境的特殊性加大了水下無線傳感器網絡節點定位的難度，首先， 無線電通信的方式不適用于水下環境，只能選擇帶寬小且噪聲大的水聲通信方式；其次，水 下傳感器網絡多為三維部署，很多成熟的二維定位算法不再適用；另外，信標節點相對稀疏 的部署以及節點的移動性都給節點定位造成了新的困難。
[0004] 按照是否需要測量節點之間的距離，節點定位算法可以被分為距離相關和距離無 關的定位算法。距離相關的算法利用硬件測量節點間的距離信息。這類算法定位精度較高， 但是由于需要額外的硬件設備用以測距，增加了節點的成本和功耗，另外考慮到水下溫度、 障礙物以及水聲信號傳播模式等對水下測距的影響，距離相關的定位算法并不是水下傳感 器網絡節點定位的最佳選擇。距離無關的定位算法通過信標節點與未知節點之間的連通性 實現未知節點的定位，典型的距離無關定位算法主要有DV-H0P算法、凸規劃算法、APIT算 法以及質心算法等，這種方法對硬件沒有額外要求、能耗低并且定位時間短，但是其定位精 度較低，更適合于大規模部署而對定位精度要求相對較低的水下無線傳感器網絡。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法及 系統，以解決現有技術中無法定位的未知節點數量多，定位時間長，以及系統能耗高的問 題。
[0006] 為了達到上述目的，本發明提供了一種基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定 位方法及系統，其中，基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法包括以下步驟：
[0007] 第一未知節點周圍的多個信標節點形成一第一信標節點集合，所述第一信標節點 集合中的每一個信標節點均發射出一數據包；
[0008] 所述第一未知節點接收到所述第一信標節點集合中的信標節點發射出的數據包 后，所述第一未知節點對接收到的每一個信標節點的數據包的信號強度進行標記，并對接 收到每一個信標節點的信號強度從大到小進行排序；
[0009] 判斷所述第一未知節點接收到數據包的信標節點的個數，若所述第一未知節點接 收到數據包的信標節點的個數小于一第一預定閾值，則所述第一未知節點為無法定位的節 點；若所述第一未知節點接收到數據包的信標節點的個數等于或大于所述第一預定閾值， 則根據一第一有效信標節點集合中每一個信標節點的信號強度，計算出所述第一有效信標 節點集合中每一個信標節點的權重，所述第一有效信標節點集合為所述第一未知節點接收 到數據包的信標節點的信號強度從大到小排列的序列中前第一預定閾值個信標節點的集 合；
[0010] 根據所述第一有效信標節點集合中每一個信標節點的權重以及每一個信標節點 的數據包中的位置坐標，計算出所述第一未知節點的位置坐標，將所述第一未知節點記為 第一新信標節點；
[0011] 第二未知節點周圍的多個信標節點形成一第二信標節點集合，所述第二信標節點 集合包括所述第一新信標節點，所述第一信標節點集合中的每一個信標節點均發射出一數 據包；
[0012] 所述第二未知節點接收到所述第二信標節點集合中的信標節點發射出的數據包 后，所述第二未知節點對接收到的每一個信標節點的數據包的信號強度進行標記，并對接 收到每一個信標節點的信號強度從大到小進行排序；
[0013] 判斷所述第二未知節點接收到數據包的信標節點的個數，若所述第二未知節點接 收到數據包的信標節點的個數小于一第二預定閾值，則所述第二未知節點為無法定位的節 點；若所述第二未知節點接收到數據包的信標節點的個數等于或大于所述第二預定閾值， 則根據一第二有效信標節點集合中每一個信標節點的信號強度，計算出所述第二有效信標 節點集合中每一個信標節點的權重，所述第二有效信標節點集合為所述第二未知節點接收 到數據包的信標節點的信號強度從大到小排列的序列中前第二預定閾值個信標節點的集 合；
[0014] 根據所述第二有效信標節點集合中每一個信標節點的權重以及每一個信標節點 的數據包中的位置坐標，計算出所述第二未知節點的位置坐標，將所述第二未知節點記為 第二新信標節點；
[0015] 重復上述第二新信標節點的定位方法對剩余未知節點進行定位，直到剩余未知節 點均被判定為無法定位的節點。
[0016] 優選的，在上述的基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法中，所述第二 預定閾值=所述第一預定閾值+2。
[0017] 優選的，在上述的基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法中，所述第一 預定閾值大于或者等于5。
[0018] 優選的，在上述的基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法中，所述第一 有效信標節點集合中每一個信標節點的權重的計算方法如下：
[0019] 用（s#S# ..SJ表示所述第一有效信標節點集合中每一個信標節點的信號強 度，其中，M為所述第一預定閾值；
[0020] 則計算出所述第一有效信標節點集合中第i信標節點的權重為W1:
[0021]
[0022] 優選的，在上述的基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法中，所述第一 未知節點的位置坐標的計算方法如下：
[0023] 用（Xl，yi，Zl)表示所述第一有效信標節點集合中第i個信標節點的位置坐標；
[0024] 計算出所述第一未知節點的位置坐標（x。，y。，z。）：
[0025]
(i= 1…M)，其中M為所述第一預 定閾值。
[0026] 優選的，在上述的基于非測距的水下無線傳感器網絡節點定位方法中，所述第二 有效信標節點集合中每一個信標節點的權重的計算方法如下：
[0027] 用（S#SySj表示所述第二有效信標節點集合中每一個信標節點的信號強度， 其中，N為所述第二預定閾值；
[0028] 則計算出所述第二有效信標節點集合中第j信標節點的權重為W]:
[0029]
[0030] 優選的，在上述的