景秀眉,張仁貢

(1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院信息系,杭州 311231;2.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電系,杭州 311231)

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基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)與多級(jí)通信的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法研究*

景秀眉1*,張仁貢2

(1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院信息系,杭州 311231;2.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電系,杭州 311231)

在基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法SNLSFA(Sensor Node Localization Scheme based on Flying Anchors)的基礎(chǔ)上,提出了一種新的基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)與多級(jí)通信的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法SNLSFAMC(Sensor Node Localization Scheme based on Flying Anchors and Multi-level Communication)。首先由移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)提供3個(gè)或4個(gè)輔助定位點(diǎn),再由輔助定位點(diǎn)得到兩條非平行線段,然后過(guò)線段中點(diǎn)分別做垂直于線段的平面,經(jīng)兩平面相交后得到一條經(jīng)過(guò)待定位節(jié)點(diǎn)的直線,最后利用輔助定位點(diǎn)與待定位節(jié)點(diǎn)之間的距離作為通信半徑即可得到待定位節(jié)點(diǎn)的位置。仿真結(jié)果表明,與SNLSFA相比,在相同錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,SNLSFAMC提高了定位精度,且在相同定位精度下,SNLSFAMC降低了對(duì)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的需求,提高了算法的響應(yīng)時(shí)間。

移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn);多級(jí)通信;三維節(jié)點(diǎn)自定位

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wireless Sensor Network)是一種傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式快速形成的分布式網(wǎng)絡(luò)。各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)必須結(jié)合其位置信息才有意義,且網(wǎng)絡(luò)的覆蓋控制、目標(biāo)跟蹤等都依賴于對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的有效定位[1-7]。因此,如何確定節(jié)點(diǎn)的自身位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)重要支撐技術(shù)。

現(xiàn)有的定位技術(shù)大多使用安裝GPS的錨節(jié)點(diǎn)為待定位節(jié)點(diǎn)提供位置信息,根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)是否移動(dòng),定位算法可分為基于靜態(tài)錨節(jié)點(diǎn)和基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位?；陟o態(tài)錨節(jié)點(diǎn)的定位算法中,為完成對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)未知位置節(jié)點(diǎn)的定位,需要布設(shè)較多的錨節(jié)點(diǎn),大大增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本以及定位算法的計(jì)算負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)的通訊負(fù)荷[8-12]?；谝苿?dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位算法中,由于錨節(jié)點(diǎn)可自由移動(dòng),因此僅需布設(shè)較少的錨節(jié)點(diǎn),降低了定位算法對(duì)錨節(jié)點(diǎn)密度的依賴程度,且能降低網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度及網(wǎng)絡(luò)能耗[13-15]。因此利用移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)輔助定位已成為節(jié)點(diǎn)自定位算法的重要研究方向。

Zhang等人提出了一種Landscape-3D空間定位算法[16],采用一種輔助定位裝置LA(Location Assistant)在監(jiān)測(cè)區(qū)域上空飛行并周期性廣播自身位置信息,待定位節(jié)點(diǎn)接收信息后采用RSSI技術(shù)測(cè)量其與LA之間的距離,進(jìn)而計(jì)算出自身位置。

Fu Y等人提出了一種基于單個(gè)移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的與測(cè)距無(wú)關(guān)的三維節(jié)點(diǎn)自定位算法[17],錨節(jié)點(diǎn)遍歷整個(gè)三維空間收集待定位節(jié)點(diǎn)的信息,并根據(jù)移動(dòng)模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置,當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)再次穿越待定位節(jié)點(diǎn)的通信球體時(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)待定位節(jié)點(diǎn)的再定位。

Yu等人提出了一種協(xié)作定位算法[18],傳感器節(jié)點(diǎn)從移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)組接收消息并估計(jì)位置,移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)組由3個(gè)移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)組成,每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)分別位于等邊三角形的一個(gè)頂點(diǎn),定位精度與錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量成正比。算法要求錨節(jié)點(diǎn)間具有較強(qiáng)的協(xié)調(diào)能力,且錨節(jié)點(diǎn)組的成本較高。

Chia-Ho Ou等人[19]提出了一種基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的二維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法,由錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特性求出待定位節(jié)點(diǎn)通信圓周上的臨界通信點(diǎn),并利用圓周上的兩個(gè)臨界通信點(diǎn)作線段,然后作該線段的中垂線,由兩條中垂線相交求出待定位節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。在此基礎(chǔ)上,Chia-Ho Ou提出了基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法SNLSFA(Sensor Node Localization Scheme based on Flying Anchors)[20],其原理與文獻(xiàn)[19]的算法相似,亦是利用兩條垂直于通信球內(nèi)切圓平面的直線相交進(jìn)而得到待定位節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。與其他利用移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法相比,SNLSFA只需移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)與待定位節(jié)點(diǎn)之間的通信信息便可估計(jì)出待定位節(jié)點(diǎn)位置,使其在小范圍的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位應(yīng)用中有較大優(yōu)勢(shì)。

但是SNLSFA存在以下問(wèn)題:①定位精度依賴于錨節(jié)點(diǎn)密度;②定位需要較長(zhǎng)時(shí)間,實(shí)時(shí)性不高;③依靠?jī)纱咕€的交點(diǎn)得到待定位節(jié)點(diǎn)位置,實(shí)際的通信模型中節(jié)點(diǎn)的通信范圍并不一定是完美的球形,即算法得到的兩條垂線不一定相交,使定位精度受到影響。

本文在SNLSFA的基礎(chǔ)上提出了一種基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)與多級(jí)通信的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法SNLSFAMC(Sensor Node Localization Scheme based on Flying Anchors and Multi-level Communication),通過(guò)移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)提供3個(gè)或4個(gè)非共面的輔助定位點(diǎn),由輔助定位點(diǎn)得到兩條非平行線段,過(guò)線段中點(diǎn)分別作垂直于線段的平面,經(jīng)兩平面相交得到一條經(jīng)過(guò)待定位節(jié)點(diǎn)的直線,利用輔助定位點(diǎn)與待定位節(jié)點(diǎn)間的距離為通信半徑得到待定位節(jié)點(diǎn)的位置。避免了SNLSFA中兩直線不相交的情形,同時(shí)SNLSFAMC只需3個(gè)臨界通訊信息點(diǎn)即可開(kāi)始定位,與SNLSFA相比減少了一個(gè)臨界通訊信息點(diǎn),并且SNLSFAMC將待定位節(jié)點(diǎn)的通訊半徑分為兩級(jí),使錨節(jié)點(diǎn)在穿越待定位節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍時(shí)多了一次獲得待定位節(jié)點(diǎn)臨界通訊信息點(diǎn)的機(jī)會(huì),降低了對(duì)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的需求并提高了算法響應(yīng)時(shí)間。仿真結(jié)果表明,在相同的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)下,相對(duì)于SNLSFA,SNLSFAMC的定位精度明顯提高,且在相同定位精度下,SNLSFAMC降低了對(duì)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的需求,提高了算法的實(shí)時(shí)性。

1 算法原理與流程

1.1 算法原理

SNLSFAMC是一種基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)與多級(jí)通信的三維空間節(jié)點(diǎn)自定位算法,與SNLSFA類似,算法分為準(zhǔn)備階段與定位階段。

1.1.1 準(zhǔn)備階段

假設(shè)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率可調(diào)節(jié),且分為兩級(jí),Ⅰ級(jí)通信半徑為50 m,Ⅱ級(jí)通信半徑為100 m,如圖1所示。

圖1 節(jié)點(diǎn)通信級(jí)別圖

圖2 錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖

同時(shí)假設(shè)錨節(jié)點(diǎn)可在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng),其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示,當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或離開(kāi)待定位節(jié)點(diǎn)的通信范圍時(shí),待定位節(jié)點(diǎn)記錄錨節(jié)點(diǎn)在t1,t2,t3,t4時(shí)刻的位置,分別以A,B,C,D四點(diǎn)表示。當(dāng)A,B,C,D四點(diǎn)在同一平面時(shí),其坐標(biāo)的求解過(guò)程與SNLSFA類似,在此不再贅述(詳見(jiàn)文獻(xiàn)[20])。當(dāng)A,B,C,D四點(diǎn)不在同一平面時(shí),SNLSFAMC進(jìn)入定位階段。

1.1.2 定位階段

(1)

(2)

圖3 SNLSFAMC定位原理圖

由式(3)得到經(jīng)過(guò)點(diǎn)S1且垂直于向量AB的平面方程N(yùn)1:

(3)

同理,已知向量CD及其中點(diǎn)S2,由式(4)得到經(jīng)過(guò)點(diǎn)S2且垂直于向量CD的平面方程N(yùn)2:

(4)

由于點(diǎn)S為待定位節(jié)點(diǎn)通信球的球心,因此線段SA與SB長(zhǎng)度相等,且點(diǎn)S1為線段AB的中點(diǎn),根據(jù)等腰三角形特性可知,線段SS1垂直于線段AB,如圖4所示。

圖4 線段垂直于線段AB圖

由于線段SS1經(jīng)過(guò)點(diǎn)S1,因此SS1必定在經(jīng)過(guò)點(diǎn)S1且垂直于線段AB的平面N1上,即待定位節(jié)點(diǎn)通信球心在平面N1上。同理,線段SS2必定在經(jīng)過(guò)點(diǎn)S2且垂直于線段CD的平面N2上,即待定位節(jié)點(diǎn)通信球心同樣在平面N2上,因此點(diǎn)S位于平面N1與N2的相交線上。

聯(lián)立式(3)與式(4)可得出平面N1與N2的相交線的一般方程,如式(5)所示:

(5)

進(jìn)而得到直線l的方向向量l(i,j,k),如式(6)所示:

(6)

取直線l上的任意一點(diǎn)P(xp,yp,zp)代入式(6)可得到直線對(duì)稱方程,如式(7)所示:

(7)

已知點(diǎn)A及直線l的方向向量l(i,j,k),即可求出經(jīng)過(guò)A點(diǎn)并且垂直于直線l的平面NT:

NT:i(x-xa)+j(y-ya)+k(z-za)=0

(8)

聯(lián)立式(7)與式(8)得到平面NT與直線l的交點(diǎn)的坐標(biāo),這里記為點(diǎn)H(xh,yh,zh):

(9)

根據(jù)點(diǎn)A坐標(biāo)及三維空間中點(diǎn)到直線的距離公式,得到點(diǎn)A到直線l的距離da,則圓心的坐標(biāo)如式(10)所示:

(10)

同理,可求出B點(diǎn)在直線l上的投影點(diǎn)Q的坐標(biāo)如式(11)所示:

(11)

根據(jù)點(diǎn)B坐標(biāo)及三維空間中點(diǎn)到直線的距離公式,得到點(diǎn)B到直線l的距離db,則圓心坐標(biāo)如式(12)所示:

(12)

聯(lián)立式(10)、(12)得到待定位節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置(xs,ys,zs),定位過(guò)程結(jié)束。

從上述SNLSFAMC的算法原理可以看出,通過(guò)移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)提供3個(gè)或4個(gè)非共面的輔助定位點(diǎn),由輔助定位點(diǎn)得到兩條非平行線段,過(guò)線段中點(diǎn)分別作垂直于線段的平面,經(jīng)兩平面相交得到一條經(jīng)過(guò)待定位節(jié)點(diǎn)的直線,利用輔助定位點(diǎn)與待定位節(jié)點(diǎn)之間的距離為通信半徑即可得到待定位節(jié)點(diǎn)的位置。避免了SNLSFA中出現(xiàn)兩直線不相交的情形,同時(shí)SNLSFAMC只需3個(gè)臨界通訊信息點(diǎn)即可開(kāi)始定位,與SNLSFA相比減少了一個(gè)臨界通訊信息點(diǎn)的需求,并且SNLSFAMC將待定位節(jié)點(diǎn)的通訊半徑分為兩級(jí),使錨節(jié)點(diǎn)在穿越待定位節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍時(shí)多了一次獲得待定位節(jié)點(diǎn)臨界通訊信息點(diǎn)的機(jī)會(huì),降低了對(duì)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的需求,提高了算法實(shí)時(shí)性。

1.2 算法流程

2 算法仿真與分析

2.1 仿真參數(shù)設(shè)置

為分析SNLSFAMC的有效性,對(duì)SNLSFAMC與SNLSFA的相對(duì)定位誤差、定位時(shí)長(zhǎng)、可定位節(jié)點(diǎn)數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行仿真、分析和比較。節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)隙、錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度均參照文獻(xiàn)[18],其他參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

相對(duì)定位誤差定義為:

(13)

2.2 仿真算例

SNLSFAMC與SNLSFA都需要錨節(jié)點(diǎn)反復(fù)穿越待定位節(jié)點(diǎn)的覆蓋空間以幫助待定位節(jié)點(diǎn)獲取輔助定位信息。仿真時(shí),設(shè)置錨節(jié)點(diǎn)每0.3 s隨機(jī)改變一次運(yùn)動(dòng)方向,以此完成遍歷整個(gè)三維空間的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)為50個(gè),算法運(yùn)行60 s后的錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5所示,可以看出錨節(jié)點(diǎn)幾乎遍歷了整個(gè)三維空間。

圖5 錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖

圖6為SNLSFAMC與SNLSFA的相對(duì)定位誤差隨錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對(duì)比圖,可以看出SNLSFAMC與SNLSFA的相對(duì)定位誤差均隨錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加而下降,SNLSFAMC的相對(duì)定位誤差始終小于SNLSFA,說(shuō)明SNLSFAMC對(duì)錨節(jié)點(diǎn)密度依賴較小,相對(duì)于SNLSFA,達(dá)到相同的定位精度,需要更少的錨節(jié)點(diǎn)。這是因?yàn)镾NLSFAMC引入了通信半徑分級(jí)機(jī)制,當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)穿過(guò)待定位節(jié)點(diǎn)通信范圍時(shí),錨節(jié)點(diǎn)提供了兩次相對(duì)位置信息,實(shí)現(xiàn)了對(duì)錨節(jié)點(diǎn)的再利用,而在SNLSFA中,每次錨節(jié)點(diǎn)穿過(guò)待定位節(jié)點(diǎn)通信范圍時(shí),只提供一次相對(duì)位置信息。因此在相同的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,SNLSFAMC中待定位節(jié)點(diǎn)獲得的輔助定位信息更豐富,定位更準(zhǔn)確、相對(duì)定位誤差更低。

圖6 相對(duì)定位誤差隨錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對(duì)比圖

圖7為SNLSFAMC與SNLSFA定位網(wǎng)絡(luò)95%以上待定位節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間隨錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對(duì)比圖,可以看出,SNLSFAMC與SNLSFA完成定位所需時(shí)間均隨錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加而減少。當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量小于210個(gè)時(shí),在相同的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,SNLSFA定位所需時(shí)間始終大于SNLSFAMC,當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量為10個(gè)時(shí),SNLSFA定位95%待定位節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間在140 s左右,而SNLSFAMC定位95%待定位節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間在100 s左右。當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量大于210個(gè)時(shí),兩者定位所需時(shí)間基本相同。這是因?yàn)镾NLSFAMC中引入了通信半徑分級(jí)方法使得錨節(jié)點(diǎn)得以再次利用,且只需3個(gè)輔助定位點(diǎn)即可開(kāi)始定位,縮短了定位時(shí)間,而SNLSFA需要4個(gè)輔助定位點(diǎn)才可開(kāi)始定位,因此在相同錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,SNLSFAMC定位所需時(shí)間小于SNLSFA所需時(shí)間。

圖7 算法定位時(shí)長(zhǎng)隨錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對(duì)比圖

圖8 已定位節(jié)點(diǎn)數(shù)量隨算法執(zhí)行時(shí)間變化關(guān)系圖

圖8為當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量為50個(gè)時(shí),SNLSFAMC與SNLSFA已定位節(jié)點(diǎn)數(shù)量隨算法執(zhí)行時(shí)間變化對(duì)比圖,可以看出,當(dāng)算法運(yùn)行相同時(shí)間時(shí),SNLSFAMC完成定位的節(jié)點(diǎn)數(shù)量始終大于SNLSFA。當(dāng)算法運(yùn)行10 s時(shí),SNLSFAMC定位了近150個(gè)節(jié)點(diǎn),SNLSFA定位了約100個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)算法運(yùn)行50 s時(shí),SNLSFAMC定位了約470個(gè)節(jié)點(diǎn),SNLSFA法定位了約420個(gè)節(jié)點(diǎn)。這是因?yàn)镾NLSFAMC只需3個(gè)輔助定位點(diǎn)節(jié)點(diǎn)即可開(kāi)始定位,而SNLSFA需要4個(gè)輔助定位點(diǎn)才開(kāi)始定位。因此算法開(kāi)始運(yùn)行的一段時(shí)間內(nèi),SNLSFAMC所定位的節(jié)點(diǎn)數(shù)量要多于SNLSFA所定位的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。當(dāng)算法運(yùn)行時(shí)間大于50 s后,SNLSFAMC與SNLSFA所定位的節(jié)點(diǎn)數(shù)量差距逐漸縮小且定位增速越來(lái)越慢。這是因?yàn)闊o(wú)論SNLSFAMC還是SNLSFA,隨著算法的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)中已定位的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多,網(wǎng)絡(luò)所能提供的輔助定位點(diǎn)信息也越來(lái)越豐富,導(dǎo)致兩者可定位節(jié)點(diǎn)數(shù)的差距越來(lái)越小,同時(shí)由于在前面的一段時(shí)間內(nèi)錨節(jié)點(diǎn)所遍歷的區(qū)域內(nèi)待定位節(jié)點(diǎn)多數(shù)已被定位,剩余的待定位節(jié)點(diǎn)需要靠錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至某些角落區(qū)域方可定位,導(dǎo)致可定位節(jié)點(diǎn)數(shù)的增速越來(lái)越慢。

圖9為錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量為50個(gè)、節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)隙為0.3 s時(shí),SNLSFAMC與SNLSFA的相對(duì)定位誤差隨錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度變化對(duì)比圖,可以看出,SNLSFAMC與SNLSFA的定位誤差均隨錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度增大而增大。這是因?yàn)楫?dāng)節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)隙為0.3 s、錨節(jié)點(diǎn)速度為10 m/s時(shí),錨節(jié)點(diǎn)每次在時(shí)隙中的運(yùn)動(dòng)距離為3 m,因此輔助定位節(jié)點(diǎn)位置的誤差在3 m以內(nèi),可以得到較精確的定位結(jié)果。隨著錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度增加時(shí),輔助定位信息誤差越大,對(duì)算法的影響也越來(lái)越大,因此相對(duì)定位誤差也隨之增大。但是在相同的錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度下,SNLSFAMC的相對(duì)定位誤差小于SNLSFA。當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)速度為30 m/s時(shí),SNLSFA的相對(duì)定位誤差在0.08左右,SNLSFAMC的相對(duì)定位誤差在0.06左右。這是因?yàn)镾NLSFAMC采用了通訊半徑分級(jí)的方式使得在相同的錨節(jié)點(diǎn)穿越次數(shù)下,待定位節(jié)點(diǎn)能獲得較多的輔助定位點(diǎn)位置,并且輔助定位點(diǎn)數(shù)量為3個(gè)時(shí)算法即可開(kāi)始定位,所以當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度相同時(shí),SNLSFAMC的相對(duì)定位誤差始終小于SNLSFA。

圖9 待定位節(jié)點(diǎn)相對(duì)定位誤差隨錨節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度變化關(guān)系圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文在基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法SNLSFA的基礎(chǔ)上,提出了一種新的基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)與多級(jí)通信的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法SNLSFAMC。與SNLSFA相比,SNLSFAMC只需3個(gè)臨界通訊信息點(diǎn)即可開(kāi)始定位,減少了一個(gè)臨界通訊信息點(diǎn),同時(shí)SNLSFAMC將待定位節(jié)點(diǎn)的通訊半徑分為兩級(jí),當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)在穿越待定位節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍時(shí),使得待定位節(jié)點(diǎn)多了一次獲取臨界通訊信息點(diǎn)的機(jī)會(huì),提高了錨節(jié)點(diǎn)的利用率。仿真結(jié)果表明,在相同的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,相對(duì)于SNLSFA,SNLSFAMC的定位精度顯著提高,且在相同定位精度的情況下,SNLSFAMC降低了對(duì)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的需求,提高了算法的響應(yīng)時(shí)間。

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景秀眉(1975-),女,碩士,浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院副教授,主要研究方向?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用;

張仁貢(1975-),男,博士,浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院副教授,主要研究方向?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動(dòng)化。

Three-DimensionalSensorNetworkNodeSelf-LocalizationAlgorithmBasedonMobilityAnchorNodesandMulti-LevelCommunication*

JINGXiumei1*,ZHANGRengong2

(1.Department of Information,Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology,Hangzhou 311231,China;2.Department of Mechanical and Electrical Engineering,Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology,Hangzhou 311231,China)

A new sensor node localization algorithm based on the flying anchor and the multi-level communication(SNLSFAMC)on the basis of the sensor node localization scheme with flying anchors(SNLSFA)is present.First,the mobile anchor nodes provide three or four auxiliary anchor points,which help us to get two non-parallel line segments.And then we can get two planes which are perpendicular to the two line segments and go through the midpoint of them.These two planes will intersect with each other to form a line which goes through the node to be positioned.Finally,the distance between the auxiliary anchor point and the un-positioned node,as the communication radius,can be used to obtain the position of the un-positioned node.The simulation results show that on the condition of the same number of nodes,the SNLSFAMC algorithm can improve the positioning accuracy compared with SNLSFA algorithm;And on the condition of the same positioning accuracy,the SNLSFAMC algorithm need less anchor nodes,as well as can improve the response time.

mobile anchor nodes;multi-level communication;three-dimensional node self-localization

項(xiàng)目來(lái)源:國(guó)家“十二五”支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD10B01);浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2012BAD10B01);浙江省科技廳高技能人才培養(yǎng)和創(chuàng)新技術(shù)項(xiàng)目(2013R30058);浙江省教育廳高等教育改革項(xiàng)目(jg2013391)

2014-05-12修改日期:2014-05-29

10.3969/j.issn.1004-1699.2014.06.022

TP393

:A

:1004-1699(2014)06-0828-07