三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位方法

1.一种三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位方法，其特征在于： 利用三维空间抽样和范围约束的方法，并结合对成功样本点的加权筛选，获得 未知节点的三维位置坐标以实现定位，所述方法包含的步骤为：
步骤1.)无线传感器网络中每个未知节点获取其附近锚节点的位置信息；
步骤2.)以锚节点为中心，节点间通讯距离为半径建立三维球体，未知节点在 三维球体内随机进行抽样得到样本点；
步骤3.)用未知节点收集到的所有锚节点信息作为约束条件过滤样本点，以获 得符合要求的成功样本点，重复抽样直到得到预定数目的符合要求的成功样本 点；
步骤4.)成功样本点取均值得到作为未知节点的初始位置坐标；
步骤5.)每个未知节点广播自己的初始位置坐标信息给邻居节点，未知节点与 其邻居节点之间的距离作为约束条件构成约束集合；
步骤6.)针对约束集合建立目标函数，对得到的成功样本点以某种原则进行加 权筛选，得到最终的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位 方法，其特征在于：该步骤1.)中，无线传感器网络中每个未知节点获取其附 近锚节点的位置信息，具体方法如下：
每个锚节点广播自身位置的信息和初始为0的计数器信息的数据包；
未知节点接收一个锚节点的数据包时，判断是否接收过此锚节点的数据包， 是则将此数据包丢弃；否则保存此锚节点的自身位置信息，将数据包中的计数 器加1，判断计数器的值是否大于1，是则不转发数据包，保存距离此锚节点的 跳数；否则转发数据包，保存距离此锚节点的跳数。
3.根据权利要求1所述的三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位 方法，其特征在于：该步骤2.)中，以锚节点为中心，节点间通讯距离为半径 建立三维球体，未知节点在三维球体内随机进行抽样得到样本点，具体方法如 下：
接收到锚节点信息的未知节点，以1跳或2跳通信范围内的任一锚节点为球 心，原则上优先选取距离近的锚节点为球心，通信距离R或2R为半径，对球内 的点进行抽样，抽样方法为：
以球心为原点建立球坐标系，则球坐标系内任一点可用三个有次序的数r， φ，θ来确定，这里r，φ，θ的变化范围为0＜r≤R或0＜r≤2R，0≤φ≤ π，0≤θ≤2π；随机取r，φ，θ变化范围内的数值作为抽样点进行抽样 得到样本点。
4.根据权利要求1所述的三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位 方法，其特征在于：该步骤3.)中，用未知节点收集到的所有锚节点信息作为 约束条件过滤样本点，以获得符合要求的成功样本点，重复抽样直到得到预定 数目的符合要求的成功样本点，具体方法如下：
未知节点以收集到的所有锚节点的位置、距离或跳数信息作为约束条件，判 断样本点是否满足此种约束，是则保存样本点位置信息，否则丢弃此样本点， 以此对步骤2.)中收集到的抽样点进行过滤；
改变抽样点的半径和空间角度循环抽样，并用约束条件对样本点进行过滤， 判断成功样本点的数目是否达到预定数目，是则停止抽样；否则判断抽样次数 是否大于最大设定值，是则停止抽样，否则继续抽样。
5.根据权利要求1所述的三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位 方法，其特征在于：该步骤4.)中，成功样本点取均值得到作为未知节点的初 始位置坐标，具体方法如下：
未知节点根据获取的成功样本点的信息确定初始位置坐标，未知节点的初始 位置坐标＝成功样本点坐标和值/成功样本点的个数。
6.根据权利要求1所述的三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位 方法，其特征在于：该步骤5.)中，每个未知节点广播自己的初始位置坐标信 息给邻居节点，未知节点与其邻居节点之间的距离作为约束条件构成约束集合， 具体方法如下：
未知节点广播自己的初始位置坐标信息给一跳范围内的所有邻居节点，其中 包括锚节点和其它未知节点；
该未知节点与其一跳范围内的所有邻居节点之间的距离作为约束条件构成 约束集合；
约束条件包括两种情况：未知节点-未知节点之间的距离约束，使用初始位 置坐标计算两节点间的估计距离；未知节点-锚节点之间的距离约束，未知节点 使用初始位置坐标，锚节点使用实际位置坐标，计算两节点间的估计距离；
未知节点和邻居节点间的测量距离与估计距离相减得到差值。
7.根据权利要求1所述的三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位 方法，其特征在于：该步骤6.)中，针对约束集合建立目标函数，对得到的成 功样本点以某种原则进行加权筛选，得到最终的位置坐标，具体方法如下：
确定未知节点的邻居节点的加权值，锚节点的加权值高于普通节点；
针对约束集合建立目标函数，将所有成功样本点的坐标代替未知节点坐标依 次代入到目标函数中，将使目标函数值最小的样本点的坐标作为未知节点的最 终位置坐标。

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