本發(fā)明涉及一種分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)方法及裝置，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的靜止或移動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，傳感器節(jié)點(diǎn)間相互協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)支持，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)、工作生命周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，在復(fù)雜的大范圍監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目通常十分龐大，且節(jié)點(diǎn)往往隨機(jī)部署，難以在部署時(shí)逐一測(cè)量每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置。而節(jié)點(diǎn)的位置對(duì)于監(jiān)測(cè)信息的獲取至關(guān)重要，主要原因在于以下兩點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)位置信息準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到所采集數(shù)據(jù)的有效性；基于地理位置路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)路由的發(fā)現(xiàn)、維護(hù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的前提是獲取節(jié)點(diǎn)位置信息。獲得節(jié)點(diǎn)位置的直接方法是使用全球定位系統(tǒng)(Global positioning system，GPS)，但是受到成本、體積、功耗、布置環(huán)境等諸多因素制約，實(shí)際應(yīng)用每個(gè)節(jié)點(diǎn)均配置GPS接收器并不現(xiàn)實(shí)，因此對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的研究成為了必要。

根據(jù)定位機(jī)制，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法通常可以分為基于非測(cè)距技術(shù)的定位算法和基于測(cè)距的定位算法。其中基于非測(cè)距技術(shù)的定位算法僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通關(guān)系實(shí)現(xiàn)估算式的模糊定位，受環(huán)境因素影響小，但定位精度較低，且對(duì)錨節(jié)點(diǎn)的密度要求較高。而基于測(cè)距的定位算法需要測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置，定位精度較高。因此，在對(duì)節(jié)點(diǎn)位置精確度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合通常使用基于測(cè)距的定位算法，而其定位精度在很大程度上取決于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)之間的距離估計(jì)。

在傳統(tǒng)的靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為定位的基礎(chǔ)，一般假設(shè)所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)都是靜止不動(dòng)且定位性能保持穩(wěn)定，然而由于存在各種不確定的自然、人為因素或惡意的定位攻擊，在實(shí)際應(yīng)用中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)有可能發(fā)生意外的移動(dòng)或定位性能劇烈波動(dòng)，稱之為“漂移”。對(duì)于此類情況，通過(guò)周期方式對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)重新定位就能夠修正漂移引起的定位偏差。實(shí)際監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通常采用預(yù)先設(shè)置方法，當(dāng)部署完成后信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)上傳包含自身節(jié)點(diǎn)ID、位置的數(shù)據(jù)包，并與未知節(jié)點(diǎn)通信。這種情況下一旦信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生漂移，重定位過(guò)程將會(huì)使位置偏差進(jìn)一步擴(kuò)散，影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。因此，研究信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)問(wèn)題，具有很高地理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

針對(duì)節(jié)點(diǎn)漂移問(wèn)題檢測(cè)問(wèn)題，Kuo等提出信標(biāo)移動(dòng)檢測(cè)算法(Beacon Movement Detection,BMD)用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的位置發(fā)生被動(dòng)改變的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，其基本思想為，在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個(gè)BMD引擎來(lái)收集全網(wǎng)絡(luò)的RSSI(received signal strength indication)信息并進(jìn)行處理。該方法在一定容錯(cuò)范圍內(nèi)能夠判斷出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)。BMD模型本質(zhì)上是一個(gè)集中式的求解NP完全問(wèn)題的算法，而求解NP完全問(wèn)題的啟發(fā)式算法存在運(yùn)算速度和運(yùn)算結(jié)果精確度之間的矛盾。Ravi Garg等采用排除在節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算過(guò)程中提供了較大的下降梯度的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，來(lái)提高定位可信性，但沒有考慮普通節(jié)點(diǎn)的位置參考作用，不適用于信標(biāo)稀疏的網(wǎng)絡(luò)，且存在計(jì)算量較大的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)方法，以解決目前節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)過(guò)程運(yùn)算量大的問(wèn)題。同時(shí)本發(fā)明還提供了一種分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)裝置。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供一種分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法包括以下步驟：

1)按照設(shè)定的時(shí)間間隔采集各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)(S_k,t_i)，(S_k,t_i)表示在t_i(i＝1,2,…,m)時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)的集合為S_k，k＝1,2,…,n，n為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，m為采樣點(diǎn)數(shù)；

2)計(jì)算相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度，以得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G；

3)將各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G進(jìn)行線性擬合，得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線；

4)判斷各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線上的擬合值和對(duì)應(yīng)實(shí)際值之間的差值是否大于設(shè)定閾值，若大于設(shè)定閾值，則是說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生漂移。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度為：

$G\[(S_k,t_i),(S_k,t_{i+1})\]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(1-\frac{|{(S_k,t_i)}_j-{(S_k,t_{i+1})}_j|}{|{(S_k,t_i)}_j-{(S_k,t_{i+1})}_j|+a_{kj}}\right)/n$

(S_k,t_i)_j為t_i時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)集合S_k的第j維，(S_k,t_i+1)_j為t_i+1時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)集合S_k的第j維；a_kj表示第j維上(S_k,t_i)和(S_k,t_i+1)平均值的絕對(duì)值；G∈[0，1]。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中得到擬合回歸線方程為：

d′＝β₀+β₁t

${\mathrm{\β}}_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(t_i-\stackrel{\‾}{t})(d_i-\stackrel{\‾}{d})}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(t_i-\stackrel{\‾}{t})}^2}$

${\mathrm{\β}}_0=\stackrel{\‾}{d}-{\mathrm{\β}}_1\stackrel{\‾}{t}$

其中t表示采樣時(shí)間點(diǎn)，β₀表示該直線的截距，β₁表示該直線的斜率，d′表示采樣時(shí)間點(diǎn)t所對(duì)應(yīng)的擬合值；表示時(shí)間段的平均值，表示時(shí)間段內(nèi)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度平均值。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中的設(shè)定閾值為0.51。

進(jìn)一步地，該方法還包括在每次節(jié)點(diǎn)判別之后對(duì)漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位置更新，并直接視其為未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新定位，并將估計(jì)位置作為其新的自身位置。

本發(fā)明還提供了一種分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)裝置，該裝置包括采集模塊、計(jì)算模塊、擬合模塊和判斷模塊，

所述的采集模塊用于按照設(shè)定的時(shí)間間隔采集各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)(S_k,t_i)，(S_k,t_i)表示在t_i(i＝1,2,…,m)時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)的集合為S_k，k＝1,2,…,n，n為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，m為采樣點(diǎn)數(shù)；

所述的計(jì)算模塊用于計(jì)算相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度，以得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G；

所述的擬合模塊用于將各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G進(jìn)行線性擬合，得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線；

所述的判斷模塊用于判斷各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線上的擬合值和對(duì)應(yīng)實(shí)際值之間的差值是否大于設(shè)定閾值，若大于設(shè)定閾值，則是說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生漂移。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算模塊計(jì)算得到的相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度為：

$G\[(S_k,t_i),(S_k,t_{i+1})\]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(1-\frac{|{(S_k,t_i)}_j-{(S_k,t_{i+1})}_j|}{|{(S_k,t_i)}_j-{(S_k,t_{i+1})}_j|+a_{kj}}\right)/n$

(S_k,t_i)_j為t_i時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)集合S_k的第j維，(S_k,t_i+1)_j為t_i+1時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)集合S_k的第j維；a_kj表示第j維上(S_k,t_i)和(S_k,t_i+1)平均值的絕對(duì)值；G∈[0,1]。

進(jìn)一步地，所述的擬合模塊采用的擬合回歸線方程為：

d′＝β₀+β₁t

${\mathrm{\β}}_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(t_i-\stackrel{\‾}{t})(d_i-\stackrel{\‾}{d})}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(t_i-\stackrel{\‾}{t})}^2}$

${\mathrm{\β}}_0=\stackrel{\‾}{d}-{\mathrm{\β}}_1\stackrel{\‾}{t}$

其中t表示采樣時(shí)間點(diǎn)，β₀表示該直線的截距，β₁表示該直線的斜率，d′表示采樣時(shí)間點(diǎn)t所對(duì)應(yīng)的擬合值；表示時(shí)間段的平均值，表示時(shí)間段內(nèi)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度平均值。

進(jìn)一步地，所述判斷模塊中的設(shè)定閾值為0.51。

進(jìn)一步地，該檢測(cè)裝置還包括用于在每次節(jié)點(diǎn)判別之后對(duì)漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位置更新，并直接視其為未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新定位的模塊。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先按照設(shè)定的時(shí)間間隔采集各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)；然后計(jì)算相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度，以得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G，并將各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G進(jìn)行線性擬合，得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線；最后判斷各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線上的擬合值和對(duì)應(yīng)實(shí)際值之間的差值是否大于設(shè)定閾值，若大于設(shè)定閾值，則是說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生漂移。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算不同時(shí)刻RSSI的變化程度來(lái)自動(dòng)判別可能發(fā)生了漂移的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)單易行，具有較高的實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型原理圖；

圖2是信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移過(guò)程圖；

圖3-a是閾值對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)方法成功率的影響示意圖；

圖3-b是閾值對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)方法誤判率的影響示意圖；

圖4是元素個(gè)數(shù)對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移判別的影響示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明一種分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)方法的實(shí)施例

無(wú)線信號(hào)是一種電磁波信號(hào)，考慮各向同性球面波的接收信號(hào)強(qiáng)度值(Received signal strength indicator)，單位為dBm，其在傳播過(guò)程中會(huì)被傳播介質(zhì)吸收部分能量，強(qiáng)度會(huì)隨距離成指數(shù)衰減。常用的無(wú)線信號(hào)傳播路徑損耗模型有：自由空間傳播模型、雙線地面反射模型和對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型，其中對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型的使用最為廣泛。對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型由兩部分組成，第一個(gè)是pass loss模型，該模型能夠預(yù)測(cè)當(dāng)距離為d時(shí)接收信號(hào)功率，表示為使用接近中心的距離d₀作為參考，P_r(d₀)是在參考距離為d₀處的接收功率，可測(cè)量獲得或已知。相對(duì)于P_r(d₀)的計(jì)算如下：

$\frac{P_r\left(d_0\right)}{\stackrel{\‾}{P_r\left(d\right)}}={\left(\frac{d}{d_0}\right)}^{\mathrm{\β}}---\left(1\right)$

其中，β是路徑損耗指數(shù)(pass loss指數(shù))，通常由實(shí)際測(cè)量得來(lái)的經(jīng)驗(yàn)值，反映路徑損耗隨距離增長(zhǎng)的速率。β主要取決于無(wú)線信號(hào)傳播的環(huán)境，即在空氣中的衰減、反射、多徑效應(yīng)等復(fù)雜干擾。Pass loss模型通常以dB作為計(jì)量單位，其表達(dá)式為：

$\frac{\stackrel{\‾}{P_r\left(d\right)}}{P_r\left(d_0\right)}=-10\mathrm{\β}log\left(\frac{d}{d_0}\right)---\left(2\right)$

對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型的第二部分為滿足高斯分布的隨機(jī)變量X_dB(0,σ²)，反映了當(dāng)距離一定時(shí)，由于噪聲干擾，導(dǎo)致接收功率的變化。因此，對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型表達(dá)式為

$\stackrel{\‾}{P_r\left(d\right)}=P_r\left(d_0\right)-10\mathrm{\β}log\left(\frac{d}{d_0}\right)+X_{dB}---\left(3\right)$

此時(shí)RSSI符合以實(shí)際值為期望，σ為標(biāo)準(zhǔn)差的正態(tài)分布。

下面以某一具體的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型為例進(jìn)行具體說(shuō)明，該無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示，包括隨機(jī)部署在三維區(qū)域(a×b×c)內(nèi)的一組無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)S＝{S_i|i＝1,2,…,M}，各節(jié)點(diǎn)均為同構(gòu)節(jié)點(diǎn)，其信息傳播范圍是一個(gè)以自身實(shí)際位置為中心、R為半徑的圓，即節(jié)點(diǎn)的通信半徑為R(R大于區(qū)域的對(duì)角線L)。所有節(jié)點(diǎn)按其在定位系統(tǒng)中的功能分為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)。前n個(gè)節(jié)點(diǎn)S₁(x₁,y₁)、S₂(x₂,y₂)、…、S_n(x_n,y_n)可以通過(guò)GPS等外部設(shè)備或確知的實(shí)際布置預(yù)先獲取自身位置，作為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)S_i(x_i,y_i)(n<i≤M)在網(wǎng)絡(luò)中位置未知并且本身沒有特殊的硬件設(shè)備可以獲得自身信息，作為未知節(jié)點(diǎn)。其中每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有唯一的ID；空間無(wú)線信號(hào)傳輸模型為理想的球體；所有傳感器節(jié)點(diǎn)同構(gòu)，電量和計(jì)算能力相同；所有節(jié)點(diǎn)是時(shí)間同步的，且能直接通信。

網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移的過(guò)程如圖2所示，定位一段時(shí)間后，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)A發(fā)生了漂移，節(jié)點(diǎn)之間的鄰居關(guān)系也隨之發(fā)生了變化，但信標(biāo)節(jié)點(diǎn)A′廣播位置的信息并未發(fā)生變化。一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置信息的可靠性用它與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化程度來(lái)進(jìn)行描述，當(dāng)變化程度越大，則它與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越劇烈，越可能發(fā)生了漂移。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)部署完成后，各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)彼此之間相互通信，根據(jù)節(jié)點(diǎn)判別機(jī)制對(duì)自身進(jìn)行評(píng)判以衡量其發(fā)生漂移的可能性，如果偏差低于閾值，則標(biāo)記為漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，否則標(biāo)記為漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明采用基于RSSI變化度的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)方法，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置可靠性的判別標(biāo)準(zhǔn)依靠它與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI在一段時(shí)間內(nèi)的變化度，變化度越低，說(shuō)明RSSI無(wú)顯著變化的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)越多，其可靠性就越高，反之變化度越高，其可靠性就越低。該方法的具體過(guò)程如下：

1.首先按照設(shè)定的時(shí)間間隔采集各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)，t₁時(shí)刻無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)按ID編號(hào)順序采樣的一系列與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)的集合，記為(S_k,t₁)＝[r₁,r₂,…,r_n]。其中n為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)總數(shù)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)自身ID所對(duì)應(yīng)的RSSI記為1；(S_k,t₁),(S_k,,t₂),…,(S_k,,t_m)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k具有固定時(shí)間間隔的RSSI數(shù)據(jù)的集合，(S_k,t_i)，(S_k,t_i)表示在t_i(i＝1,2,…,m)時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)的集合為S_k，k＝1,2,…,n，n為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，m為采樣點(diǎn)數(shù)。

2.計(jì)算相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度，以得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G。

相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度的計(jì)算公式為：

$G\&lsqb;(S_k,t_i),(S_k,t_{i+1})\&rsqb;=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\left(1-\frac{|{(S_k,t_i)}_j-{(S_k,t_{i+1})}_j|}{|{(S_k,t_i)}_j-{(S_k,t_{i+1})}_j|+a_{kj}}\right)/n---\left(4\right)$

(S_k,t_i)_j為t_i時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)集合S_k的第j維，(S_k,t_i+1)_j為t_i+1時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)集合S_k的第j維；a_kj表示第j維上(S_k,t_i)和(S_k,t_i+1)平均值的絕對(duì)值；G∈[0,1]。

3.將各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G進(jìn)行線性擬合，得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G可看作是一個(gè)以采樣時(shí)間間隔t為自變量、以RSSI變化度值G為因變量的函數(shù)。如果各時(shí)間點(diǎn)的RSSI變化度值以線性規(guī)律分布在一條直線的周圍，且該直線段可通過(guò)一元線性回歸模型方法計(jì)算出來(lái)的，則稱為RSSI變化度時(shí)間序列的一元線性擬合回歸線。

考慮回歸函數(shù)為t的線性函數(shù)，因而本發(fā)明采用的一元線性擬合回歸方程為：

d′＝β₀+β₁t (5)

${\mathrm{\&beta;}}_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}(t_i-\stackrel{\&OverBar;}{t})(d_i-\stackrel{\&OverBar;}{d})}{\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{(t_i-\stackrel{\&OverBar;}{t})}^2}---\left(6\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_0=\stackrel{\&OverBar;}{d}-{\mathrm{\&beta;}}_1\stackrel{\&OverBar;}{t}---\left(7\right)$

其中，t表示采樣時(shí)間點(diǎn)，β₀表示該直線的截距，β₁表示該直線的斜率，d′表示采樣時(shí)間點(diǎn)t所對(duì)應(yīng)的擬合值。表示時(shí)間段的平均值，表示時(shí)間段內(nèi)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度平均值。通過(guò)β₁值的大小，可以判斷數(shù)據(jù)變化的劇烈程度。

4.判斷各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線上的擬合值和對(duì)應(yīng)實(shí)際值之間的差值是否大于設(shè)定閾值，若大于設(shè)定閾值，則是說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生漂移。

判斷各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線上的擬合值和對(duì)應(yīng)實(shí)際值之間的差值是否大于設(shè)定閾值，若大于設(shè)定閾值，則是說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生漂移，可將漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)從參與定位的信標(biāo)集合中排除。

隨著時(shí)間的推移，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)越來(lái)越多，而可用的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量會(huì)越來(lái)越少，將直接影響未知節(jié)點(diǎn)的定位精度，為防止這種情況的發(fā)生，每次節(jié)點(diǎn)判別之后應(yīng)對(duì)漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位置更新，可以直接視其為未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新定位，并將重新定位的位置作為其新的自身位置，為未發(fā)生漂移的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)提供參考。重新定位可采用比較常見的定位方式，例如，三角定位方式等。

本發(fā)明的一種分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)裝置的實(shí)施例

本實(shí)施例中分布式節(jié)點(diǎn)漂移檢測(cè)裝置包括采集模塊、計(jì)算模塊、擬合模塊和判斷模塊，采集模塊用于按照設(shè)定的時(shí)間間隔采集各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)(S_k,t_i)，(S_k,t_i)表示在t_i(i＝1,2,…,m)時(shí)刻信標(biāo)節(jié)點(diǎn)k與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信RSSI數(shù)據(jù)的集合為S_k，k＝1,2,…,n，n為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，m為采樣點(diǎn)數(shù)；計(jì)算模塊用于計(jì)算相鄰采樣時(shí)刻各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度，以得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G；擬合模塊用于將各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI變化度時(shí)間序列G進(jìn)行線性擬合，得到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線；判斷模塊用于判斷各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線上的擬合值和對(duì)應(yīng)實(shí)際值之間的差值是否大于設(shè)定閾值，若大于設(shè)定閾值，則是說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生漂移。

為了檢驗(yàn)本發(fā)明的性能，下面進(jìn)行仿真試驗(yàn)，仿真場(chǎng)景設(shè)定如下：

1)試驗(yàn)三維區(qū)域?yàn)?00m×100m×50m；

2)節(jié)點(diǎn)總數(shù)為100個(gè)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)最大的漂移距離為20m；

3)未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度P_t為30dBm，參考距離d₀為20m，發(fā)射天線增益G_t、接收天線增益G_r為1dBi，路徑損耗指數(shù)n為2。

設(shè)置衡量信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移判別的2個(gè)性能指標(biāo)為：成功率(Num(B_M∩B_MD)/Num(B_M))和誤判率(Num((U-B_M)∩B_MD)/Num(B_M))。其中，B_M表示實(shí)際發(fā)生漂移的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)集合，B_MD表示判別為漂移的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)集合，U表示所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的集合。成功率為被正確判別為漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目與實(shí)際漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的比值，錯(cuò)誤率為錯(cuò)誤判別為漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目與實(shí)際漂移節(jié)點(diǎn)數(shù)目的比值。

衡量定位算法精確性的標(biāo)準(zhǔn)為定位誤差，定位誤差定義為未知節(jié)點(diǎn)經(jīng)定位算法的估算坐標(biāo)位置與其實(shí)際坐標(biāo)位置間的距離其中估算坐標(biāo)位置為(x_e,y_e,z_e)，實(shí)際坐標(biāo)位置為(x_i,y_i,z_i)，仿真時(shí)，所采用的定位算法為三角定位算法。

判別某一信標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生漂移是通過(guò)分析它與其余信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI在一段時(shí)間內(nèi)的近似程度來(lái)解決，且只有RSSI變化度時(shí)間序列擬合回歸線上的擬合值和實(shí)際值之間的差值大于閾值，才判定它發(fā)生了漂移，所以選取合理的閾值至關(guān)重要。通過(guò)多次試驗(yàn)，閾值的范圍在0.5左右，選取在0.5附近的值進(jìn)行仿真，RSSI數(shù)據(jù)集合的元素個(gè)數(shù)為10。從圖3-a和圖3-b中可以看出，隨著閾值的減小，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移判別算法的成功率在不斷地上升，但同時(shí)誤判率也在不斷地增大。閾值越小，對(duì)RSSI的變化越敏感，容易將漂移較小的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)誤判，當(dāng)閾值為0.51時(shí)，成功率為91.09％，且誤判率在10.51％，綜合效果良好，因此，選取算法的閾值ε為0.51。

合適的RSSI數(shù)據(jù)集合的元素個(gè)數(shù)n有助于縮短算法運(yùn)行時(shí)間，提高判別的準(zhǔn)確性。過(guò)小或過(guò)大的元素個(gè)數(shù)往往導(dǎo)致信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移判別算法對(duì)RSSI變化度值的波動(dòng)反應(yīng)敏感或遲緩，增加誤判的可能，并降低了算法的魯棒性。設(shè)置元素個(gè)數(shù)從5到15連續(xù)變化，通過(guò)成功率和誤判率的比較反映其對(duì)算法性能的影響。從圖4中可以看出，隨著元素個(gè)數(shù)(采樣點(diǎn)數(shù))的增大，算法的成功率首先不斷地上升，同時(shí)誤判率不斷地下降，但若元素個(gè)數(shù)繼續(xù)增大，算法的成功率開始下降，同時(shí)誤判率也開始上升。過(guò)小或過(guò)大的元素個(gè)數(shù)都容易導(dǎo)致誤判，可以看出，選取RSSI數(shù)據(jù)集合的元素個(gè)數(shù)n為9時(shí)，表現(xiàn)最為穩(wěn)定。取閾值ε為0.51，RSSI數(shù)據(jù)集合的元素個(gè)數(shù)n為9，漂移信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)從0到20，其他條件不變的情況下，將本發(fā)明提出的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)漂移判別方法與BMD算法進(jìn)行比較，得到2種算法的成功率均值分別為92.23％、80.05％，誤判率的平均值分別為9.95％、12.47％，表明本發(fā)明比BMD算法在成功率和誤判率上有更好的表現(xiàn)。