使用精简移动路径和鸽群优化的无线传感器网络定位方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络定位技术领域，具体涉及一种使用精简移动路径和鸽群优化的无线传感器网络定位方法。

背景技术

无线传感器网络由大量部署在给定监测区域的传感器节点组成，广泛应用于军事监测、环境监测、医疗保健等领域。确定传感器节点的位置信息为许多位置感知协议和应用程序提供了基础支持，因此，节点定位是无线传感器网络的关键技术之一。

使用移动锚节点辅助定位具有灵活性强、定位精度高等优点，其中锚节点是指其自身位置已知的传感器节点，而其他节点称为未知节点或盲节点。移动锚节点辅助算法需要设计锚节点的移动路径和盲节点的位置估算方法。现有的移动锚节点路径规划方法容易出现重复覆盖、冗余信息、路径过长等问题，导致移动锚节点能量消耗过高。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种使用鸽群优化进行盲节点位置估计，达到降低锚节点能耗且提高定位精度的无线传感器网络定位方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种使用精简移动路径和鸽群优化的无线传感器网络定位方法，包括如下步骤：

a)设定无线传感器的部署区域为长度L、宽度H的长方形区域，划分部署区域为m×n个正方形网格，每个正方形网格的边长为d，m为垂直方向的网格数，n为水平方向的网格数，按从下至上、从左到右的顺序为每个网格进行编号为，第i行第j列的网格编号为C

b)每个网格C

d)将步骤c-1)至c-5)中移动锚节点遍历的所有虚拟锚节点序列定义为VML，初始VML为空集且使变量i＝1；

e)如果i≤m且i为奇数，使变量j＝1后转至执行步骤f)，如果i≤m且i为偶数，使变量j＝n后转至执行步骤f)，如果i＞m，则转至执行步骤h)；

f)通过公式VML＝VML∪List

g)如果j＜1或j＞n，则将i加1后转至执行步骤e)，如果1≤j≤n，则转至执行步骤f)；

h)无线传感器网络移动锚节点沿VML集合所给点的虚拟锚节点顺序遍历整个部署区域，在虚拟锚节点位置广播信标信息；

i)无线传感器网络的所有盲节点等待接收移动锚节点广播的信标信息，盲节点接收到移动锚节点的信标信息后计算该盲节点到虚拟锚节点的距离，当盲节点接收到至少3个虚拟锚节点的信标信息后，转入执行步骤j)，否则盲节点继续等到接收移动锚节点信标信息；

j)通过公式

k)在无线传感器的部署区域中随机部署S个鸽群优化算法中的鸽子，其中第l个鸽子P

l)通过公式

m)求所有鸽子中F

n)设置鸽群优化算法的当前迭代次数N

o)如果N

p)通过公式

q)记录更新后的速度值V

r)给当前迭代次数N

s)给当前迭代次数N

t)如果N

u)通过公式

v)记录更新后的位置A

w)如果l＜S，将则将l值加1后转至步骤u)，如果l≥S则转至步骤x)；

x)给当前迭代次数N

y)取G

优选的，步骤a)中

优选的，步骤b)中c

优选的，步骤h)中信标信息包括锚节点当前坐标、发送信号强度。

本发明的有益效果是：通过定位算法使锚节点沿折线移动，确保为盲节点提供的定位辅助信息不共线，且充分考虑锚节点覆盖范围，尽量缩短路径。该定位算法根据部署区域覆盖情况确定锚节点广播定位辅助信息的位置，既能够实现部署区域的全覆盖，又能够降低锚节点能耗。使用鸽群优化来计算盲节点位置，提高了定位精度。

附图说明

图1为本发明的部署区域的划分与编号图；

图2为本发明的每个网格的候选虚拟锚节点的示意图；

图3为本发明的4中路径的示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2、附图3对本发明做进一步说明。

一种使用精简移动路径和鸽群优化的无线传感器网络定位方法，包括如下步骤：

a)如附图1所示，设定无线传感器的部署区域为长度L、宽度H的长方形区域，划分部署区域为m×n个正方形网格，每个正方形网格的边长为d，m为垂直方向的网格数，n为水平方向的网格数，按从下至上、从左到右的顺序为每个网格进行编号为，第i行第j列的网格编号为C

b)每个网格C

d)将步骤c-1)至c-5)中移动锚节点遍历的所有虚拟锚节点序列定义为VML，初始VML为空集且使变量i＝1。

e)如果i≤m且i为奇数，使变量j＝1后转至执行步骤f)，如果i≤m且i为偶数，使变量j＝n后转至执行步骤f)，如果i＞m，则转至执行步骤h)。

f)通过公式VML＝VML∪List

g)如果j＜1或j＞n，则将i加1后转至执行步骤e)，如果1≤j≤n，则转至执行步骤f)。

h)无线传感器网络移动锚节点沿VML集合所给点的虚拟锚节点顺序遍历整个部署区域，在虚拟锚节点位置广播信标信息。如附图3所示，根据部署区域划分所得到的网格行数、列数的奇偶性，上述步骤产生的移动路径有4种情况。

i)无线传感器网络的所有盲节点等待接收移动锚节点广播的信标信息，盲节点接收到移动锚节点的信标信息后计算该盲节点到虚拟锚节点的距离，当盲节点接收到至少3个虚拟锚节点的信标信息后，转入执行步骤j)，否则盲节点继续等到接收移动锚节点信标信息。

j)通过公式

k)在无线传感器的部署区域中随机部署S个鸽群优化算法中的鸽子，其中第l个鸽子P

l)通过公式

m)求所有鸽子中F

n)设置鸽群优化算法的当前迭代次数N

o)如果N

p)通过公式

q)记录更新后的速度值V

r)给当前迭代次数N

s)给当前迭代次数N

t)如果N

u)通过公式

v)记录更新后的位置A

w)如果l＜S，将则将l值加1后转至步骤u)，如果l≥S则转至步骤x)。

x)给当前迭代次数N

y)取G

本专利的使用精简移动路径和鸽群优化的无线传感器网络定位方法包含两个阶段，第一阶段是规划锚节点的移动路径并获取虚拟锚节点列表，第二阶段锚节点沿规划路径进行移动并广播信标信息，盲节点运用鸽群优化计算自身位置。通过定位算法使锚节点沿折线移动，确保为盲节点提供的定位辅助信息不共线，且充分考虑锚节点覆盖范围，尽量缩短路径。该定位算法根据部署区域覆盖情况确定锚节点广播定位辅助信息的位置，既能够实现部署区域的全覆盖，又能够降低锚节点能耗。使用鸽群优化来计算盲节点位置，提高了定位精度。

实施例1：

步骤a)中

实施例2：

如附图2所示，步骤b)中c

实施例3：

步骤h)中信标信息包括锚节点当前坐标、发送信号强度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。