專利名稱：：一種基于rssi的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種定位方法，尤其涉及一種基于RSSI校驗(yàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，屬于電通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或物體的定位跟蹤系統(tǒng)中，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通常包含一定數(shù)量的錨節(jié)點(diǎn)和感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，其中錨節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)中己知自身物理位置信息的節(jié)點(diǎn)，如安裝有全球定位系統(tǒng)(GPS)裝置等，這些節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中通常保持靜止。錨節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送探測(cè)包，而感應(yīng)節(jié)點(diǎn)則根據(jù)接收到的探測(cè)包來(lái)計(jì)算RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度ReceivedSignalStrengthIndicator)信息，并組裝成一個(gè)RSSI信息包通過多跳路由發(fā)送至服務(wù)器，由服務(wù)器來(lái)計(jì)算每個(gè)感應(yīng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置。進(jìn)一步來(lái)看，由于RSSI與距離之間不存在嚴(yán)格的函數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，因此很難由RSSI值直接計(jì)算兩點(diǎn)間的精確距離，因此在實(shí)際應(yīng)用中基于RSSI的三點(diǎn)定位算法存在著較大的誤差。這就使僅基于連通性的定位算法成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，提出了多個(gè)實(shí)用的定位算法。質(zhì)心算法[N.Bullish,J.HeidemannandD.Estrin,"GPS-lessLow-CostOurdoorLocalizationforVerySmallDevices",2000]是較早提出的一種簡(jiǎn)單可行的基于連通性的定位算法。在該算法中，將附近錨節(jié)點(diǎn)的中心或質(zhì)心位置作為感應(yīng)節(jié)點(diǎn)的位置，即每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的權(quán)重都相同。為了改進(jìn)該算法，在文獻(xiàn)[X.Shen,Z.Wang,etc,"ConnectivityandRSSIbasedLocalizationSchemeforWirelessSensorNetworks",ICIC2005]中提出了基于RSSI的加權(quán)質(zhì)心算法。在算法實(shí)現(xiàn)中，作者根據(jù)從錨節(jié)點(diǎn)接收到的RSSI值，轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)強(qiáng)度。再利用接收信號(hào)強(qiáng)度與距離的a次方成反比的規(guī)律，為每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)賦一個(gè)權(quán)值。最后根據(jù)計(jì)算權(quán)與錨節(jié)點(diǎn)定位乘積的累加，便得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置。但是，該方法仍然存在較大的誤差，不利于在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦工定位系統(tǒng)中應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種基于RSSI校驗(yàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種基于RSSI校驗(yàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其中通過錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和信號(hào)強(qiáng)度信息作為參考，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)修正錨節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)定位，包括以下步驟步驟一:以i孤,表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M接收到錨節(jié)點(diǎn)A信號(hào)的RSSI平均值，f表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M接收到錨節(jié)點(diǎn)A的信號(hào)強(qiáng)度平均值，構(gòu)成通式p=10嗎/10,步驟二以及M/,表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)A接收到固定節(jié)點(diǎn)A信號(hào)的RSSI平均值，A表示固定節(jié)點(diǎn)A接收到固定節(jié)點(diǎn)A的信號(hào)強(qiáng)度平均值，構(gòu)成通式步驟三以Sc^表示錨節(jié)點(diǎn)Bi和Bj之間的距離，W表示以錨節(jié)點(diǎn)對(duì)5,和A為參考計(jì)算的距離，結(jié)合步驟一與步驟二中的通式得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)5,的距離《為所有d/的平均值，據(jù)此為錨節(jié)點(diǎn)A分配權(quán)值P^各；步驟四設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的n個(gè)錨節(jié)點(diǎn)^的已知位置坐標(biāo)為(X,A)，其中1《w，根據(jù)下面的通式可計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M的位置坐標(biāo)為為/=1卜l本發(fā)明技術(shù)方案的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在能夠有效通過錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和信號(hào)強(qiáng)度信息作為參考，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)修正錨節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置的權(quán)重，以獲得較小誤差的節(jié)點(diǎn)定位。特別適合于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)目標(biāo)定位與跟蹤應(yīng)用，如井下礦工管理系統(tǒng)。由此可見，本發(fā)明為本領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步拓展了空間，實(shí)施效果好。本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。具體實(shí)施例方式一種基于RSSI校驗(yàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，涉及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的錨節(jié)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，其特別之處在于通過錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和信號(hào)強(qiáng)度信息作為參考，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)修正錨節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置的權(quán)重，得到節(jié)點(diǎn)定位，包括以下步驟步驟一以iM/,表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M接收到錨節(jié)點(diǎn)S,信號(hào)的RSSI平均值，f表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M接收到錨節(jié)點(diǎn)5,的信號(hào)強(qiáng)度平均值，構(gòu)成通式戶=10腳'/10步驟二以/S^.表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)A接收到固定節(jié)點(diǎn)A信號(hào)的RSSI平均值，A表示固定節(jié)點(diǎn)5,接收到固定節(jié)點(diǎn)A的信號(hào)強(qiáng)度平均值，構(gòu)成通式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>步驟三以5《表示錨節(jié)點(diǎn)Bi和Bj之間的距離，《表示以錨節(jié)點(diǎn)對(duì)^和&為參考計(jì)算的距離，結(jié)合步驟一與步驟二中的通式得到^=i>，，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)至懈節(jié)點(diǎn)s,的距離《為所有《的平均值，據(jù)此為錨節(jié)點(diǎn)^分配權(quán)值^=;;《步驟四設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的n個(gè)錨節(jié)點(diǎn)S,的己知位置坐標(biāo)為(X,A)，其中b^w，根據(jù)下面的通式可計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M的位置坐標(biāo)為(A,i;)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>將本發(fā)明結(jié)合TinyOS系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步說明，在MicaZ平臺(tái)上利用NesC語(yǔ)言開發(fā)的應(yīng)用程序，其中RF能量級(jí)設(shè)為TXPOWERMAX。將5個(gè)Crossbow公司出品的McaZMote節(jié)點(diǎn)都擺放在地面上。4個(gè)固定節(jié)點(diǎn)擺放在一個(gè)3mx4m矩形的4個(gè)頂點(diǎn)處。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)分別為(0，0)，B2(3，0)，B3(3，4)，B4(0，4)，其中Bi作為基站通過串口與計(jì)算機(jī)相連。然后，將這個(gè)矩形細(xì)分為48個(gè)0.5mx0.5m的小方格，隨機(jī)選取16個(gè)格點(diǎn)作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，進(jìn)行定位。具體來(lái)說，該定位過程分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是RSSI的采集階段，每個(gè)周期為2s，將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到的各^I苗節(jié)點(diǎn)的RSSI值進(jìn)行記錄，總共采集50個(gè)周期的RSSI值。同時(shí)，計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI平均值。與此同時(shí)，記錄這段時(shí)間內(nèi)錨節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)RSSI值，并計(jì)算其平均值。第二個(gè)階段就是利用本發(fā)明對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。進(jìn)一步來(lái)看，由于是在室內(nèi)無(wú)障礙環(huán)境下實(shí)施，因此，信號(hào)衰減模型中的參數(shù)"應(yīng)當(dāng)在1.6—1.8之間。改變"值的測(cè)試結(jié)果分布如表l:表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>雖然在測(cè)試中室內(nèi)無(wú)障礙，但是會(huì)受到周圍墻壁、柱子和節(jié)點(diǎn)能量等的影響。因此，為了比較定位算法的性能，更好地來(lái)定位誤差M表示節(jié)點(diǎn)計(jì)算的位置與實(shí)際位置間的距離，設(shè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M的真實(shí)位置坐標(biāo)為(X,A),計(jì)算得到的位置為(《，j;)，那么定位誤差可以表示為-由表l可以看出，當(dāng)"=1.65時(shí)針對(duì)本發(fā)明所出現(xiàn)的平均誤差最小，因此以"=1.65為例。采用本方法后，定位精確度在1.5m以內(nèi)的概率超過85%，而傳統(tǒng)的加權(quán)質(zhì)心算法達(dá)到這種精度的概率大約只有75%。再進(jìn)一步來(lái)看，本發(fā)明充分利用了己知的距離信息和固定節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)強(qiáng)度信息對(duì)權(quán)值進(jìn)行修正。在"=1.65時(shí)，可以獲得最小的定位平均誤差。與權(quán)質(zhì)心算法相比，平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差分別減小25.48%和16.81%。由此可以看出，在室內(nèi)環(huán)境下，通過本發(fā)明可以使定位誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯減小，定位效果優(yōu)于權(quán)質(zhì)心算法。再者，由于本發(fā)明為基于TinyOS的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)開發(fā)。因此，該協(xié)議的支撐平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)類型為CrossBow公司生產(chǎn)的Mica系列節(jié)點(diǎn)，如Mica2、MicaZ等，基站可采用CrossBow公司生產(chǎn)的MIB510板。結(jié)合上述文字描述可以看出，采用本發(fā)明后，能夠有效通過錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和信號(hào)強(qiáng)度信息作為參考，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)修正錨節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置的權(quán)重，以獲得較小誤差的節(jié)點(diǎn)定位。特別適合于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)目標(biāo)定位與跟蹤應(yīng)用，如井下礦工管理系統(tǒng)。由此可見，本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步，其應(yīng)用前景非常廣闊。權(quán)利要求1、一種基于RSSI校驗(yàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于通過錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和信號(hào)強(qiáng)度信息作為參考，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)修正錨節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置的權(quán)重，得到節(jié)點(diǎn)定位，包括以下步驟步驟一以RSSIi表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M接收到錨節(jié)點(diǎn)Bi信號(hào)的RSSI平均值，Pi表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M接收到錨節(jié)點(diǎn)Bi的信號(hào)強(qiáng)度平均值，構(gòu)成通式步驟二以RSSIij表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)Bi接收到固定節(jié)點(diǎn)Bj信號(hào)的RSSI平均值，Pij表示固定節(jié)點(diǎn)Bi接收到固定節(jié)點(diǎn)Bj的信號(hào)強(qiáng)度平均值，構(gòu)成通式步驟三以Bdij表示錨節(jié)點(diǎn)Bi和Bj之間的距離，表示以錨節(jié)點(diǎn)對(duì)Bi和Bj為參考計(jì)算的距離，結(jié)合步驟一與步驟二中的通式得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)Bi的距離di為所有的平均值，據(jù)此為錨節(jié)點(diǎn)Bi分配權(quán)值步驟四設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的n個(gè)錨節(jié)點(diǎn)Bi的已知位置坐標(biāo)為(Xi，Yi)，其中1≤i≤n，根據(jù)下面的通式可計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M的位置坐標(biāo)為(Xe，Ye)為全文摘要本發(fā)明涉及一種基于RSSI校驗(yàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，屬于電通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。其特點(diǎn)是以錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和信號(hào)強(qiáng)度信息作為參考，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)修正錨節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置的權(quán)重，得到節(jié)點(diǎn)定位。采用本發(fā)明以后，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)較高精度的節(jié)點(diǎn)定位，特別適合于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)目標(biāo)定位與跟蹤應(yīng)用，如井下礦工管理系統(tǒng)等。文檔編號(hào)H04B7/26GK101378592SQ200810099378公開日2009年3月4日申請(qǐng)日期2008年5月6日優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日發(fā)明者吳俊敏,徐宏力,李善亮,王繼春,黃劉生申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院