專利名稱：一種基于c型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于C型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為通信及信息技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用空間的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也起到至關(guān)重要的作用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是采取隨機(jī)播撒的方式(人工、飛機(jī))部署在環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，甚至是人員無法到達(dá)的區(qū)域，這些節(jié)點(diǎn)所采集到的信息必須結(jié)合它的被測(cè)量位置才有意義。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，約80%的信息和位置有關(guān)。但是傳感器網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)一般只部署極少數(shù)位置已知的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)通稱為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，其它傳感器節(jié)點(diǎn)依據(jù)這些錨節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自我定位，由此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各種定位技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的微型化和有限的電池供電能力使其在硬件的選擇上受到很大限制，低功耗是其最主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，而人工部署和為所有節(jié)點(diǎn)安裝GPS接收器都會(huì)受到成本、功耗、擴(kuò)展性等問題的限制，甚至在某些場(chǎng)合可能根本無法實(shí)現(xiàn)，因此必須針對(duì)其節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、存儲(chǔ)和通信等能力都有限的特定條件，設(shè)計(jì)有效的低功耗定位算法。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法中，根據(jù)定位過程中是否測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離可分為兩種，一種是基于測(cè)距(Ranged-based)定位算法,另一種是非測(cè)距(Ranged-free)定位算法。相比之下，基于測(cè)距定位算法定位精度高，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)施要求很高，同時(shí)在定位過程中要產(chǎn)生大量計(jì)算和通信開銷。非測(cè)距定位算法缺點(diǎn)是定位精度較差，優(yōu)點(diǎn)是不需要附加硬件支持來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn) 間的距離測(cè)量，該定位算法憑借其在成本、功耗方面的優(yōu)勢(shì)，受到越來越多的關(guān)注?；跍y(cè)距(Ranged-based)定位算法中，Time of Arrival (TOA) TimeDifference On Arrival (TDOA)以及Angle Of Arrival (AOA)是主要的測(cè)距技術(shù)，它們需要額外的硬件支持，因此，在大規(guī)模的無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的費(fèi)用是相當(dāng)昂貴。在實(shí)際測(cè)試中最常用的測(cè)距方法當(dāng)屬RSSI，節(jié)點(diǎn)通過信號(hào)在空間傳播中的衰減，根據(jù)理論或經(jīng)驗(yàn)信號(hào)傳播模型將衰減轉(zhuǎn)化為距離，再通過距離信息進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的位置計(jì)算。該方法憑借著成本相對(duì)低廉、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單以及高精度，被廣泛應(yīng)用到各種室內(nèi)外定位中，并且開發(fā)出相應(yīng)的定位系統(tǒng)。然而RSSI定位算法在實(shí)際定位測(cè)試，測(cè)試采用的硬件平臺(tái)為斯凱科技的Zigbee無線定位系統(tǒng)開發(fā)的平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)有I個(gè)協(xié)調(diào)器、4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，一個(gè)移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)，I個(gè)仿真器、2根串口線組成，定位的范圍為10m*10m，每個(gè)節(jié)點(diǎn)距離參考平面的距離為1.5m，利用真實(shí)采集到的RSSI值進(jìn)行仿真計(jì)算，得到最低的定位誤差為3.26米，最大的誤差為10米以上，當(dāng)定位范圍覆蓋越廣誤差也越大，有的甚至定位不出來節(jié)點(diǎn)。從理論上分析是不應(yīng)該存在誤差的，但是從測(cè)試結(jié)果看RSSI定位結(jié)果通常不穩(wěn)定，由于理論模型建立的不準(zhǔn)確性，導(dǎo)致在實(shí)際中測(cè)得的RSSI值與距離d不能完全符合所建立的理論模型，或是受硬件錯(cuò)誤、定位節(jié)點(diǎn)天線方向不準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)攻擊、障礙物遮擋、惡劣天氣等實(shí)際環(huán)境因素影響，導(dǎo)致所采集到的數(shù)據(jù)常含有較大誤差，從而嚴(yán)重影響定位結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)RSSI技術(shù)的定位精度需求，分析其誤差的主要來源，提出一種基于C型的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，避免了由于信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量值誤差過大造成定位精度急劇下降。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，考慮到節(jié)點(diǎn)的定位誤差的存在是因?yàn)樾盘?hào)強(qiáng)度測(cè)量值的偏差，稱之為“劣值”，這一“劣值”在幾何空間分布上遠(yuǎn)離其它正常數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而導(dǎo)致定位精度急劇下降。本發(fā)明在RSSI定位模型基礎(chǔ)上首先提出從空間上優(yōu)化定位模型，對(duì)WSN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按照一定規(guī)則進(jìn)行區(qū)域劃分，建立節(jié)點(diǎn)的連通度模型。再此基礎(chǔ)上研究局部區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性對(duì)定位精度的影響，確定RSSI傳播模型的定位參數(shù)，進(jìn)而在每個(gè)局部區(qū)域內(nèi)根據(jù)相關(guān)分析方法解決RSSI定位中錯(cuò)誤數(shù)據(jù)(劣值)的問題，最后構(gòu)建能夠充分反映定位算法優(yōu)劣、兼顧網(wǎng)絡(luò)成本與精度的定位方法，從而彌補(bǔ)現(xiàn)有定位算法的局限，完善無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的理論性。本發(fā)明所述的一種基于C型的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，包括以下步驟:
步驟1:在C型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自動(dòng)生成節(jié)點(diǎn)部署系統(tǒng)，則信標(biāo)節(jié)點(diǎn)1、與未知節(jié)點(diǎn)j的坐標(biāo)分別表示為
權(quán)利要求
1.一種基于C型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于該方法包括如下步驟:步驟1:在C型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自動(dòng)生成節(jié)點(diǎn)部署系統(tǒng)，則信標(biāo)節(jié)點(diǎn)1、與未知節(jié)點(diǎn)j的坐標(biāo)分別表示為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于C型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，該方法利用RSSI測(cè)量值能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)的高精度定位，但傳統(tǒng)RSSI方法精度及易受到外界因素的影響。本發(fā)明具體是首先構(gòu)建C型網(wǎng)絡(luò)，將定位區(qū)域進(jìn)行劃分成多個(gè)規(guī)則的幾何圖形；利用概率分布函數(shù)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)度模型，作為定位的約束條件；選取合理的RSSI環(huán)境參數(shù)值，在讀取RSSI值方面，使用相關(guān)性分析方法選擇有效RSSI值，在一定程度上去掉了RSSI測(cè)量時(shí)的異常值，提高了節(jié)點(diǎn)間RSSI測(cè)量值的精確度；最后根據(jù)測(cè)量值進(jìn)行定位。應(yīng)用本發(fā)明能夠依據(jù)少量的網(wǎng)絡(luò)信息，根據(jù)具體環(huán)境調(diào)整定位參數(shù)，簡(jiǎn)單有效的提高了節(jié)點(diǎn)的定位精度。
文檔編號(hào)H04W84/18GK103249144SQ20131019945
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者劉影, 賈迪, 邵立國(guó) 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)