本發(fā)明涉及移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中未知節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)，具體是一種基于協(xié)作的錨節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)移動(dòng)方法。

背景技術(shù)：

在移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展的趨勢(shì)下，基于移動(dòng)終端的各類應(yīng)用蓬勃發(fā)展。位置確定服務(wù)(Location Based Services,LBS)在日常生活中隨之變得越來越重要，尤其是在復(fù)雜多變的定位環(huán)境下用戶對(duì)定位準(zhǔn)確度的要求越來越高。

基于蒙特卡羅的定位方法基本上解決了動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)未知節(jié)點(diǎn)的定位問題，然而在定位過程中為了滿足定位精度的要求，感知區(qū)域內(nèi)需分布大量錨節(jié)點(diǎn)，且錨節(jié)點(diǎn)密度越大，定位精度越高，然而未知節(jié)點(diǎn)在感知區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和分布都是不均勻的，錨節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)分布和移動(dòng)常常會(huì)使錨節(jié)點(diǎn)穿越未知節(jié)點(diǎn)稀疏的區(qū)域，這無疑造成了錨節(jié)點(diǎn)資源和能量的浪費(fèi)，所以，錨節(jié)點(diǎn)路徑規(guī)劃問題的研究是很有必要的。

現(xiàn)有的一些路徑規(guī)劃方法大多針對(duì)于未知節(jié)點(diǎn)靜止的情景?；诠?jié)點(diǎn)效益最大化的錨節(jié)點(diǎn)路徑規(guī)劃方案是鮮有的可應(yīng)用于移動(dòng)未知節(jié)點(diǎn)的路徑規(guī)劃方法，該方法實(shí)現(xiàn)了錨節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)移動(dòng)，解決了錨節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)造成的能量與資源浪費(fèi)的問題，然而，依然不可避免地遇到錨節(jié)點(diǎn)分布密度大，錨節(jié)點(diǎn)利用率低的問題。所以，需要設(shè)計(jì)一種方法使得錨節(jié)點(diǎn)能夠在移動(dòng)感知網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)移動(dòng)的同時(shí)，減少錨節(jié)點(diǎn)密度，提高其利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種使得錨節(jié)點(diǎn)能夠在移動(dòng)感知網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)移動(dòng)的同時(shí)，減少錨節(jié)點(diǎn)密度，提高其利用率的基于協(xié)作錨節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)移動(dòng)的未知節(jié)點(diǎn)定位方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于協(xié)作錨節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)移動(dòng)的未知節(jié)點(diǎn)定位方法，其包括以下步驟：

101、在感知區(qū)域內(nèi)以錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的形式隨機(jī)部署錨節(jié)點(diǎn)對(duì)；

102、錨節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)作，自適應(yīng)確定移動(dòng)路線使得其在各時(shí)刻移動(dòng)的位置對(duì)未知節(jié)點(diǎn)定位貢獻(xiàn)最大；

103、未知節(jié)點(diǎn)通過錨節(jié)點(diǎn)位置信息利用非測(cè)距方法計(jì)算自身坐標(biāo)，完成移動(dòng)定位。

進(jìn)一步的，步驟102錨節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)作，自適應(yīng)確定移動(dòng)路線包括步驟：步驟一：構(gòu)建錨節(jié)點(diǎn)對(duì)中錨節(jié)點(diǎn)A的邊界盒子其中邊界盒子表示錨節(jié)點(diǎn)A下一時(shí)刻位置的估計(jì)區(qū)域；

步驟二：將錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的邊界盒子劃分為n×n個(gè)大小相等的小正方形，記為r_i(i＝1,2...n²)，每個(gè)小正方形中點(diǎn)坐標(biāo)(x_i,y_i)；

步驟三：計(jì)算邊界盒子中的小正方形r_i中心位置處錨節(jié)點(diǎn)的定位貢獻(xiàn)值I_i；

步驟四：i＝i+1；

步驟五：判斷(x_i,y_i)處的I_i是否大于等于預(yù)設(shè)閾值γ，是，則轉(zhuǎn)步驟八，否則轉(zhuǎn)步驟六；

步驟六：判斷i是否等于n²，是，則轉(zhuǎn)步驟七，否則轉(zhuǎn)步驟三；

步驟七：降序排列I_i，將降序后的值儲(chǔ)存為并選取I₁所對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)(x_i,y_i)；

步驟八：輸出(x_i,y_i)作為錨節(jié)點(diǎn)A下一時(shí)刻將要移動(dòng)到的位置

步驟九：錨節(jié)點(diǎn)A的位置確定后，在A的基礎(chǔ)上構(gòu)建錨節(jié)點(diǎn)B的邊界盒子，并重復(fù)步驟一至步驟八，得到錨節(jié)點(diǎn)B下一時(shí)刻將要移動(dòng)到的位置

步驟十：錨節(jié)點(diǎn)更新各自坐標(biāo)，并廣播各自ID及位置信息其中，表示第i對(duì)錨節(jié)點(diǎn)對(duì)中的錨節(jié)點(diǎn)A(B)的ID信息，表示第i對(duì)錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的位置信息。

進(jìn)一步的，步驟103未知節(jié)點(diǎn)通過錨節(jié)點(diǎn)位置信息利用非測(cè)距方法計(jì)算自身坐標(biāo)，完成移動(dòng)定位包括步驟：

步驟十一：判斷未知節(jié)點(diǎn)是否接收到廣播信息，是，則列為定位的未知節(jié)點(diǎn)并轉(zhuǎn)到步驟十三，否則轉(zhuǎn)到步驟十二；

步驟十二：構(gòu)建未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子并在邊界盒子中隨機(jī)選取一點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)；

步驟十三：構(gòu)建未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子并與錨節(jié)點(diǎn)的通信盒子R^S求交集，得到未知節(jié)點(diǎn)的采樣盒子

步驟十四：在采樣盒子中隨機(jī)選取N個(gè)樣本值{l₁,l₂,...l_N}；

步驟十五：利用濾波條件對(duì)樣本值進(jìn)行濾波，得到M個(gè)樣本值；

步驟十六：判斷M是否大于等于預(yù)設(shè)閾值λ，是，則轉(zhuǎn)步驟十七，否則轉(zhuǎn)步驟十四；

步驟十七：判斷對(duì)所求得的樣本值{l₁,l₂,...l_M}求均值，得到坐標(biāo)(x,y)；

步驟十八：輸出(x,y)作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)坐標(biāo)

進(jìn)一步的，步驟一的構(gòu)建錨節(jié)點(diǎn)對(duì)中錨節(jié)點(diǎn)A的邊界盒子其構(gòu)建方法如下：

對(duì)于錨節(jié)點(diǎn)A，其邊界盒子是根據(jù)其最大移動(dòng)速度決定的，單位時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的距離不會(huì)大于節(jié)點(diǎn)的最大移動(dòng)速度，于是，在錨節(jié)點(diǎn)A當(dāng)前位置已知的情況下，下一時(shí)刻可能位于的位置是以當(dāng)前時(shí)刻坐標(biāo)為圓心，以最大速度為半徑構(gòu)建的圓形區(qū)域內(nèi)，為便于計(jì)算用正方形近似表示得到錨節(jié)點(diǎn)A的邊界盒子，故其邊界盒子定義如下：

$P_{t+1}^{S_A}=\[({\mathrm{\ξ}}_t^A-V_{max}),({\mathrm{\ξ}}_t^A+V_{max})\]$

其中，V_max表示節(jié)點(diǎn)的最大移動(dòng)速度，表示t時(shí)刻錨節(jié)點(diǎn)A的坐標(biāo)；

進(jìn)一步的，步驟三的求錨節(jié)點(diǎn)的定位貢獻(xiàn)值I_i計(jì)算公式如下：

$I_i=\frac{w_1{G}_i+w_2{H}_i}{w_3{d}_s}$

其中，G_i為錨節(jié)點(diǎn)在其邊界盒子第i個(gè)小正方形處的節(jié)點(diǎn)效益；H_i為未知節(jié)點(diǎn)的定位數(shù)量以及d_s表示錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)距離，錨節(jié)點(diǎn)A的節(jié)點(diǎn)效益計(jì)算如下：為未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子，未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子確定方法與錨節(jié)點(diǎn)A的相同，由其最大移動(dòng)速度確定；R^SA是錨節(jié)點(diǎn)A的通信盒子，是用正方形近似表示其通信范圍得到；w₁,w₂,w₃為權(quán)值。

進(jìn)一步的，步驟九錨節(jié)點(diǎn)B的位置確定步驟如下：

錨節(jié)點(diǎn)B的確定方法與錨節(jié)點(diǎn)A相同，然而其邊界盒子與節(jié)點(diǎn)效益模型構(gòu)建改進(jìn)如下：對(duì)與錨節(jié)點(diǎn)B的邊界盒子模型，為了確保定位階段未知節(jié)點(diǎn)附近至少有兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，限定錨節(jié)點(diǎn)A的通信盒子需與錨節(jié)點(diǎn)B的通信盒子有交集，于是錨節(jié)點(diǎn)B的邊界盒子：

$P_{t+1}^{S_B}=\[({\mathrm{\ξ}}_t^A-2r),({\mathrm{\ξ}}_t^A+2r)\].$

進(jìn)一步的，錨節(jié)點(diǎn)B的節(jié)點(diǎn)效益計(jì)算如下：

若未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子與錨節(jié)點(diǎn)A、B的通信盒子均有交集，則計(jì)算B對(duì)其的節(jié)點(diǎn)效益時(shí)，用A對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)區(qū)域代替未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子與錨節(jié)點(diǎn)B的通信盒子求交集，然后用未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子減去交集即得B對(duì)其的節(jié)點(diǎn)效益：：

$G_j^{\′i}=P_{t+1}^n-(E_A^n\∩R^{S_B})$

若未知節(jié)點(diǎn)邊界盒子只與錨節(jié)點(diǎn)B的通信盒子有交集，則直接求二者交集，最后用未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子減去交集即得B對(duì)其的節(jié)點(diǎn)效益：

$G_j^i=P_{t+1}^n-(R^{S_B}\∩P_{t+1}^n).$

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

本發(fā)明由以上說明可知，本發(fā)明適應(yīng)于錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)均處于移動(dòng)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)定位過程。相對(duì)于錨節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)，基于路徑規(guī)劃的節(jié)點(diǎn)定位算法大大提高了定位精度，同時(shí)減少了能量消耗，而本發(fā)明所提出的方法利用錨節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作使得錨節(jié)點(diǎn)成對(duì)移動(dòng)，保證了定位階段未知節(jié)點(diǎn)附近至少有兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)相同定位精度的情況下明顯減少了錨節(jié)點(diǎn)的分布數(shù)量，提高了錨節(jié)點(diǎn)的利用率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的邊界模型示意圖；

圖2，錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的節(jié)點(diǎn)效益模型示意圖；

圖3，錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的定位模型示意圖；

圖4，本發(fā)明的流程圖；圖4A表示步驟1-9，圖4B表示步驟10-18；

圖5，定位精度隨時(shí)間變化曲線；

圖6，未知節(jié)點(diǎn)定位比例隨時(shí)間變化曲線；

圖7，錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對(duì)定位精度的影響；

圖8，錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對(duì)未知節(jié)點(diǎn)定位比例的影響；

圖9，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度對(duì)定位精度的影響；

圖10，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度對(duì)未知節(jié)點(diǎn)定位比例的影響。

圖11為本發(fā)明的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例。

1)一種基于錨節(jié)點(diǎn)對(duì)自適應(yīng)導(dǎo)航的節(jié)點(diǎn)定位方法它的實(shí)施步驟如下：

步驟一：構(gòu)建錨節(jié)點(diǎn)對(duì)中錨節(jié)點(diǎn)A的邊界盒子其中邊界盒子表示錨節(jié)點(diǎn)A下一時(shí)刻位置的估計(jì)區(qū)域。

感知區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布n個(gè)未知節(jié)點(diǎn)，m對(duì)錨節(jié)點(diǎn)，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)對(duì)均包含一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)A和一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)B，分別記為

以第i對(duì)錨節(jié)點(diǎn)為例，對(duì)其中的錨節(jié)點(diǎn)A邊界盒子構(gòu)建進(jìn)行說明：當(dāng)前時(shí)刻錨節(jié)點(diǎn)A位置已知，為其邊界盒子是根據(jù)其當(dāng)前位置以及最大移動(dòng)速度決定的。單位時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的距離不會(huì)大于節(jié)點(diǎn)的最大移動(dòng)速度，也就是說，在錨節(jié)點(diǎn)A在t時(shí)刻位置已知的情況下，t+1時(shí)刻可能位于的位置是以當(dāng)前時(shí)刻坐標(biāo)為圓心，以最大速度為半徑構(gòu)建的圓形區(qū)域內(nèi)，為便于計(jì)算用正方形近似表示即得到錨節(jié)點(diǎn)A的邊界盒子如圖1(a)所示。故其邊界盒子定義如下：

步驟二：將錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的邊界盒子劃分為n×n個(gè)大小相等的小正方形，記為r_i(i＝1,2...n²)，每個(gè)小正方形中點(diǎn)坐標(biāo)(x_i,y_i)。

理論上，錨節(jié)點(diǎn)A下一時(shí)刻移動(dòng)的位置可能是的任意位置，然而不同位置處，錨節(jié)點(diǎn)對(duì)定位階段的貢獻(xiàn)值是不同的，所以為便于計(jì)算最優(yōu)位置，將分割為大小相等的n×n個(gè)小正方形。

步驟三：計(jì)算邊界盒子中的小正方形r_i中心位置處錨節(jié)點(diǎn)的定位貢獻(xiàn)值I_i。I_i是衡量錨節(jié)點(diǎn)在不同位置處的定位貢獻(xiàn)參量，其計(jì)算公式如下：

其中，G_i為錨節(jié)點(diǎn)在其邊界盒子第i個(gè)小正方形處的節(jié)點(diǎn)效益。節(jié)點(diǎn)效益越大，保證了在定位過程中，一旦未知節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)廣播的信息，那么未知節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻定位的采樣區(qū)域就可能越小，從而定位精度也會(huì)得到相應(yīng)提高。錨節(jié)點(diǎn)A的節(jié)點(diǎn)效益計(jì)算方法如下：

如圖2(a)所示，為未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子，未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子確定方法與錨節(jié)點(diǎn)A的相同，由其最大移動(dòng)速度確定。是錨節(jié)點(diǎn)A的通信盒子，是用正方形近似表示其通信范圍得到。

定義錨節(jié)點(diǎn)B最終的節(jié)點(diǎn)效益即為錨節(jié)點(diǎn)周圍所有未知節(jié)點(diǎn)所得的節(jié)點(diǎn)效益之和：

其中N表示與有交集的未知節(jié)點(diǎn)邊界盒子數(shù)量。

除了節(jié)點(diǎn)效益G，定位過程中，未知節(jié)點(diǎn)定位數(shù)量，或者說覆蓋率同樣也是影響錨節(jié)點(diǎn)位置選擇的因素，錨節(jié)點(diǎn)覆蓋率也指t時(shí)刻感知區(qū)域內(nèi)定位的未知節(jié)點(diǎn)數(shù)量與感知區(qū)域內(nèi)所有的未知節(jié)點(diǎn)數(shù)量之比，錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量相同時(shí)，未知節(jié)點(diǎn)定位數(shù)量越多，定位性能越好。錨節(jié)點(diǎn)覆蓋率定義如下：

最后，能量消耗也是評(píng)價(jià)定位性能的因素之一，在移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，錨節(jié)點(diǎn)自身所攜帶的能量是有限的，而錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)是能量消耗的主要來源之一，且錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)距離d_s越大，能量消耗越多，所以在錨節(jié)點(diǎn)路徑規(guī)劃中移動(dòng)距離越短越好。

綜上，我們根據(jù)影響錨節(jié)點(diǎn)位置選擇的三個(gè)因素，節(jié)點(diǎn)效益G_i，未知節(jié)點(diǎn)的定位數(shù)量H_i，以及錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)距離d_s，得到定位貢獻(xiàn)量I_i的定義式，即公式三，w₁,w₂,w₃分別為權(quán)值。

步驟四：i＝i+1

錨節(jié)點(diǎn)的邊界盒子分割好后，我們從第一個(gè)小正方形r₁開始，依次計(jì)算定位貢獻(xiàn)值I_i，計(jì)算后若不符合閾值條件則i＝i+1,計(jì)算下一個(gè)小正方形的定位貢獻(xiàn)值。

步驟五：判斷(x_i,y_i)處的I_i是否大于等于預(yù)設(shè)閾值γ，是，則轉(zhuǎn)步驟八，否則轉(zhuǎn)步驟六。

步驟六：判斷i是否等于n²，是，則轉(zhuǎn)步驟七，否則轉(zhuǎn)步驟三。

該步驟是為了判斷是否已經(jīng)遍歷錨節(jié)點(diǎn)邊界盒子。若沒遍歷，則繼續(xù)計(jì)算下一個(gè)小正方形中心坐標(biāo)的定位貢獻(xiàn)值。若遍歷，則跳轉(zhuǎn)至步驟七。

步驟七：降序排列I_i，將降序后的值儲(chǔ)存為選取I₁所對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)(x_i,y_i)。

若遍歷錨節(jié)點(diǎn)邊界盒子之后，仍未找到大于閾值的I_i，那么選取最大貢獻(xiàn)值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)作為錨節(jié)點(diǎn)A的移動(dòng)坐標(biāo)

步驟八：輸出坐標(biāo)(x_i,y_i)作為錨節(jié)點(diǎn)A下一時(shí)刻將要移動(dòng)到的位置

步驟九：錨節(jié)點(diǎn)A的位置確定后，在A的基礎(chǔ)上構(gòu)建錨節(jié)點(diǎn)B的邊界盒子，并重復(fù)步驟一到步驟八，得到錨節(jié)點(diǎn)B下一時(shí)刻將要移動(dòng)到的位置

錨節(jié)點(diǎn)B的移動(dòng)位置計(jì)算步驟與錨節(jié)點(diǎn)A的相同，然而其邊界盒子與節(jié)點(diǎn)效益計(jì)算模型是有別于錨節(jié)點(diǎn)A的，具體改進(jìn)方法如下：

錨節(jié)點(diǎn)B的邊界盒子計(jì)算如下：

如圖1(b)所示，為了提高定位精度，確保定位階段未知節(jié)點(diǎn)附近至少有兩個(gè)一跳或者兩跳錨節(jié)點(diǎn)，我們限定，錨節(jié)點(diǎn)A的通信盒子需與錨節(jié)點(diǎn)B的通信盒子有交集，于是得到錨節(jié)點(diǎn)B的邊界盒子：

其中，r為錨節(jié)點(diǎn)的通信半徑。

錨節(jié)點(diǎn)B的節(jié)點(diǎn)效益計(jì)算如下：

錨節(jié)點(diǎn)B的節(jié)點(diǎn)效益同樣是在錨節(jié)點(diǎn)A的基礎(chǔ)上計(jì)算的。如圖2(b)所示，若未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子與錨節(jié)點(diǎn)A、B的通信盒子均有交集，則計(jì)算B對(duì)其的節(jié)點(diǎn)效益時(shí)，用A對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)區(qū)域代替未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子與錨節(jié)點(diǎn)B的通信盒子求交集，然后用未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子減去交集即得B對(duì)其的節(jié)點(diǎn)效益。

其中是指錨節(jié)點(diǎn)A對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)區(qū)域，也就是錨節(jié)點(diǎn)A的通信盒子與未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子之間的交集：

若未知節(jié)點(diǎn)邊界盒子只與錨節(jié)點(diǎn)B的通信盒子有交集，則直接求二者交集，最后用未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子減去交集即得B對(duì)其的節(jié)點(diǎn)效益：

定義錨節(jié)點(diǎn)B最終的節(jié)點(diǎn)效益即為錨節(jié)點(diǎn)周圍所有未知節(jié)點(diǎn)所得的節(jié)點(diǎn)效益之和：

其中N1表示與錨節(jié)點(diǎn)盒子均有交集的未知節(jié)點(diǎn)邊界盒子數(shù)量，N2表示只與有交集的未知節(jié)點(diǎn)邊界盒子數(shù)量

步驟十：錨節(jié)點(diǎn)更新各自坐標(biāo)，并廣播各自ID及位置信息其中，表示第i對(duì)錨節(jié)點(diǎn)對(duì)中的錨節(jié)點(diǎn)A(B)的ID信息，表示第i對(duì)錨節(jié)點(diǎn)對(duì)的位置信息。

該步驟中，每對(duì)錨節(jié)點(diǎn)已知各自以及彼此的位置信息，廣播時(shí)廣播自身ID信息，同時(shí)廣播自身及彼此的位置信息。

步驟十一：判斷未知節(jié)點(diǎn)是否接收到廣播信息，是，則轉(zhuǎn)到步驟十三，否則轉(zhuǎn)步驟十二。

步驟十二：構(gòu)建未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子并在其邊界盒子中隨機(jī)選取一點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)。

步驟十三：構(gòu)建未知節(jié)點(diǎn)的邊界盒子并與錨節(jié)點(diǎn)的通信盒子R^S求交集，得到未知節(jié)點(diǎn)的采樣盒子

若未知節(jié)點(diǎn)接收到了錨節(jié)點(diǎn)的廣播信息，則說明未知節(jié)點(diǎn)一定位于錨節(jié)點(diǎn)的通信盒子內(nèi)，同時(shí)由于受到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的限制，未知節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻的位置肯定在其邊界盒子內(nèi)，故未知節(jié)點(diǎn)一定位于二者的交集內(nèi)。所以將設(shè)位未知節(jié)點(diǎn)的采樣盒子。

步驟十四：在采樣盒子中隨機(jī)選取N個(gè)樣本值{l₁,l₂,...l_N}。

步驟十五：利用濾波條件對(duì)樣本值進(jìn)行濾波，得到M個(gè)樣本值。

樣本濾波條件設(shè)置如表1所示：

表1

如圖3所示，C1,C2,C3表示錨節(jié)點(diǎn)的通信盒子的三個(gè)子區(qū)域，由于錨節(jié)點(diǎn)對(duì)中A、B的通信盒子有交集。所以，在定位階段，若A、B不完全重合，兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)會(huì)把兩個(gè)通信盒子分割為三個(gè)區(qū)域C1,C2,C3。其中以C2區(qū)為例，若未知節(jié)點(diǎn)接收到了錨節(jié)點(diǎn)A的廣播信息，沒有接收到錨節(jié)點(diǎn)B的廣播信息，則說明未知節(jié)點(diǎn)一定位于錨節(jié)點(diǎn)A的通信范圍內(nèi)，且不位于錨節(jié)點(diǎn)B的通信范圍內(nèi)，即一定位于C2區(qū)內(nèi)。由此可設(shè)置濾波條件，將樣本集合中不滿足條件的樣本值篩選掉。

S為未知節(jié)點(diǎn)附近的一跳錨節(jié)點(diǎn)集合。

步驟十六：判斷M是否大于等于預(yù)設(shè)閾值λ，是，則轉(zhuǎn)步驟十七，否則轉(zhuǎn)步驟十四。

為保證定位精度，樣本值數(shù)量需要一個(gè)閾值λ來限定樣本值數(shù)量，若經(jīng)過濾波條件篩選后樣本值數(shù)量滿足要求，則可繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，若不滿足要求，則需要返回步驟十三的采樣階段進(jìn)行采樣，重復(fù)采樣篩選，直至采樣數(shù)量滿足要求為止。

步驟十七：對(duì)所求得的樣本值{l₁,l₂,...l_M}求均值，得到坐標(biāo)(x,y)。

步驟十八：輸出(x,y)作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)坐標(biāo)

1)以下通過具體的仿真實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步說明采用本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果。

在500×500(m²)的感知區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布100個(gè)未知節(jié)點(diǎn)，且未知節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)，錨節(jié)點(diǎn)初始時(shí)刻隨機(jī)分布在感知區(qū)域內(nèi)，通信半徑為20m，我們分別比較錨節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)的蒙特卡洛定位方法，錨節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)移動(dòng)但彼此之間不協(xié)作的節(jié)點(diǎn)效益最大化方法，以及本發(fā)明提出的錨節(jié)點(diǎn)間相互協(xié)作的自適應(yīng)導(dǎo)航算法。

為了能更好地比較錨節(jié)點(diǎn)分布密度較少時(shí)的定位性能，我們?cè)?00×500(m²)的感知區(qū)域內(nèi)布置2個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。圖5是關(guān)于定位精度與定位時(shí)間的曲線圖，比較了三種方法，可以看出蒙特卡洛定位方法誤差最大，且隨著時(shí)間變化其定位誤差波動(dòng)也較大，這是因?yàn)槊商乜宥ㄎ环椒ㄔ诙ㄎ贿^程中的錨節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)移動(dòng)的，造成采樣區(qū)域的大小也完全隨機(jī)決定，采樣區(qū)域越大，定位誤差相應(yīng)越大。而節(jié)點(diǎn)效益最大化方法保證了錨節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻的位置節(jié)點(diǎn)效益最大，也就是如果在某時(shí)刻未知節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)廣播的信息時(shí)其采樣區(qū)域是相對(duì)最小的，從而保證了較高的定位精度。本發(fā)明所提出的基于錨節(jié)點(diǎn)間相互協(xié)作的定位方法，其定位精度最高，這是因?yàn)閮蓚€(gè)錨節(jié)點(diǎn)的相互協(xié)作保證了定位階段未知節(jié)點(diǎn)附近至少有2個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步減少了采樣區(qū)域的面積。圖6是關(guān)于定位時(shí)間與未知節(jié)點(diǎn)覆蓋率之間的關(guān)系曲線圖。圖中蒙特卡洛定位方法所定位的未知節(jié)點(diǎn)數(shù)量是最少的，這是因?yàn)殄^節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)往往會(huì)使其穿越一些未知節(jié)點(diǎn)密度分布稀疏的區(qū)域，相對(duì)應(yīng)的定位數(shù)量也會(huì)變少。而錨節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)移動(dòng)則很好地解決了這個(gè)問題，避免了錨節(jié)點(diǎn)資源及能量的浪費(fèi)。

圖7和圖8是關(guān)于錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化與定位性能的關(guān)系曲線圖，感知區(qū)域內(nèi)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量逐漸由2個(gè)增加到100個(gè)。由圖7可以看出，三種定位方法的定位精度是隨著錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加而逐漸減少的，基于錨節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)移動(dòng)的定位方法對(duì)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化反應(yīng)沒有蒙特卡洛方法敏感，本發(fā)明所提出方法與非協(xié)作的節(jié)點(diǎn)效益最大化方法相比，定位精度得到明顯提高，前者2個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的定位精度與后者100個(gè)錨節(jié)點(diǎn)定位精度基本相同。圖8則表明隨著錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加，所定位的未知節(jié)點(diǎn)比例也是逐漸增加的，且基于錨節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)移動(dòng)的定位方法的定位比例要高于蒙特卡洛定位方法。

圖9和圖10是節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度與定位性能之間的關(guān)系曲線圖。節(jié)點(diǎn)速度范圍為1m/s-50m/s由圖9可以看出，三種方法的定位誤差隨著節(jié)點(diǎn)速度變化而逐漸變大，蒙特卡洛定位方法對(duì)節(jié)點(diǎn)速度變化最為敏感，說明其穩(wěn)定性也最差，錨節(jié)點(diǎn)路徑規(guī)劃后的定位穩(wěn)定性要優(yōu)于錨節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)。圖10是節(jié)點(diǎn)最大移動(dòng)速度對(duì)未知節(jié)點(diǎn)定位比例的影響，本發(fā)明提出的方法對(duì)節(jié)點(diǎn)速度改變影響最小，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

圖11是本發(fā)明方法流程示意圖。

以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。