一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的apit節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不依賴于鄰節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位方法，主要解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中未知節(jié)點(diǎn)定位問題。其實(shí)現(xiàn)步驟為：未知節(jié)點(diǎn)在其通信范圍內(nèi)任意選擇三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，并在其組成的三角形三邊或者內(nèi)部隨機(jī)分布N個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)；然后估算各虛擬節(jié)點(diǎn)接收到各錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI，并跟自己測量到對應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)RSSI進(jìn)行比較，從而確定其跟錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的位置關(guān)系：如果未知節(jié)點(diǎn)向各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)均不會(huì)同時(shí)靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則位于三角形內(nèi)部；反之，如果未知節(jié)點(diǎn)向某個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則位于三角形外部。未知節(jié)點(diǎn)遍歷所有錨節(jié)點(diǎn)，求出其位于內(nèi)部的所有三角形重疊區(qū)域的質(zhì)心，即未知節(jié)點(diǎn)的位置。本發(fā)明定位精度高且不依賴于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的密度和分布。
【專利說明】
—種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)測試法的APIT節(jié)點(diǎn)定位方法，用于解決各種規(guī)模和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的定位問題。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)有關(guān)信息，并將其發(fā)送給控制中心。
[0003]在大多數(shù)情況下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要知道自身所處的位置，對于大部分實(shí)際應(yīng)用而言，未知位置信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所感知和采集的數(shù)據(jù)信息是毫無意義的，因此節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)起著非常重要的作用。作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)重要支撐技術(shù)之一，節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各種實(shí)際應(yīng)用中的基礎(chǔ)。
[0004]目前最典型定位技術(shù)，如廣泛應(yīng)用的全球定位系統(tǒng)(GPS, Global Posit1ningSystem)，其通過接收衛(wèi)星信號(hào)來確定節(jié)點(diǎn)的位置信息，還有電信運(yùn)營商提供的基于移動(dòng)通信基站信號(hào)的定位系統(tǒng)。
[0005]在實(shí)際的定位系統(tǒng)中，考慮到各種因素(例如成本，適用性，可靠性等)，不可能所有節(jié)點(diǎn)都裝備GPS或其他定位設(shè)備，錨節(jié)點(diǎn)(已知位置信息的節(jié)點(diǎn))在網(wǎng)絡(luò)中的比例一般較低，其位置信息可以通過裝備GPS或其他定位設(shè)備得到。未知節(jié)點(diǎn)通過跟錨節(jié)點(diǎn)之間相互通信，測量和獲取各種參數(shù)(距離，角度，連通度，鄰居信息)，從而確定與錨節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系，然后按照某種定位算法計(jì)算得到未知節(jié)點(diǎn)的位置信息。
[0006]隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和改進(jìn)，定位技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中已經(jīng)變得成熟。然而，當(dāng)前的無無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)仍然受到諸多方面的挑戰(zhàn)。例如定位技術(shù)如何適應(yīng)各種規(guī)模和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如何在復(fù)雜的地理和電磁環(huán)境下更能夠保證節(jié)點(diǎn)定位的精度等等。
[0007]目前業(yè)內(nèi)已提出許多無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位算法，根據(jù)對位置估計(jì)策略的不同可以將其分為兩大類:基于測距技術(shù)的定位方法和無需測距技術(shù)的定位方法?；跍y距的定位方法需要估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)跟各錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后結(jié)合錨節(jié)點(diǎn)的位置和定位算法進(jìn)行位置估計(jì)；而無需測距的定位方法則不必估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，直接根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)位置和接收信號(hào)的特征信息(如接收信號(hào)強(qiáng)度)來估計(jì)位置。
[0008]其中，典型的技術(shù)方案有以下幾種:
[0009]1.基于電波傳輸時(shí)間/時(shí)間差/入射角的定位方法，未知節(jié)點(diǎn)接收鄰近錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)，通過測量信號(hào)的傳播時(shí)間或兩種同時(shí)發(fā)射的不同傳播速率的信號(hào)(如無線電波和超聲波)的到達(dá)時(shí)間差，來計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后利用三邊定位法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置信息?；蛘吖?jié)點(diǎn)利用天線陣列測量錨節(jié)點(diǎn)發(fā)射信道號(hào)入射角，利用三角測量法得到未知節(jié)點(diǎn)的位置信息。上述方法對硬件要求較高，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間距離較短時(shí)，準(zhǔn)確測量上述參數(shù)相對較難，實(shí)現(xiàn)難度較大，而且抗干擾性較差。
[0010]2.基于接收信號(hào)強(qiáng)度測量的定位方法，未知節(jié)點(diǎn)通過測量接收到錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)無線信號(hào)傳播損耗模型計(jì)算出二者之間的距離，然后利用三邊定位法得到未知節(jié)點(diǎn)的位置信息。利用RSSI測距的定位算法易受信號(hào)傳播環(huán)境反射、非視距、多徑傳播和背景噪聲等影響，測距估計(jì)誤差較大。
[0011]3.質(zhì)心定位方法，質(zhì)心算法是一種簡單的無需測距技術(shù)的算法，其僅基于網(wǎng)絡(luò)的連通性來確定未知節(jié)點(diǎn)的位置。測距時(shí)錨節(jié)點(diǎn)將帶有自己位置信息的數(shù)據(jù)包發(fā)送給未知節(jié)點(diǎn)，未知節(jié)點(diǎn)接收并解調(diào)來自多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，然后計(jì)算有這些錨節(jié)點(diǎn)組成的多邊形的質(zhì)心，及未知節(jié)點(diǎn)的位置信息。該算法定位精度較低，且依賴于網(wǎng)絡(luò)中無線傳感器節(jié)點(diǎn)的密度和分布，一般適用于高密度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0012]4.依賴于鄰節(jié)點(diǎn)的APIT定位方法，未知節(jié)點(diǎn)從其周圍通信范圍內(nèi)的N個(gè)錨節(jié)點(diǎn)中每次任意取出三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，然后利用未知節(jié)點(diǎn)周圍鄰節(jié)點(diǎn)以及無線信號(hào)強(qiáng)度與傳播距離的關(guān)系來近似節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特性來確定自己處在所選中的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形內(nèi)部還是外部，遍歷所有的錨節(jié)點(diǎn)組合，最后求未知節(jié)點(diǎn)在其內(nèi)部的所有三角形重疊區(qū)域的質(zhì)心，即未知節(jié)點(diǎn)的位置信息。該算法容易受節(jié)點(diǎn)密度的影響，當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較少時(shí)，APIT算法定位精度會(huì)降低，另外當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)靠近三角形的一條邊，或者錨節(jié)點(diǎn)分布不均勻時(shí)，APIT內(nèi)點(diǎn)測試算法可能會(huì)誤判，從而使定位誤差增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的問題，在現(xiàn)有的ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT定位系統(tǒng)及方法，以提高未知節(jié)點(diǎn)定位精度。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0015]一、術(shù)語說明
[0016]APIT:近似三角形內(nèi)點(diǎn)測試；
[0017]RSS1:接收信號(hào)強(qiáng)度指示；
[0018]MAC層:媒質(zhì)接入控制層；
[0019]數(shù)據(jù)幀:承載用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)容的鏈路層協(xié)議單元；
[0020]錨節(jié)點(diǎn):已知位置信息的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；
[0021]未知節(jié)點(diǎn):未知其位置信息的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；
[0022]二、一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)，包括:節(jié)點(diǎn)定位模塊、媒質(zhì)接入控制模塊、接收信號(hào)解析模塊、射頻前端模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、MAC層幀提取模塊、物理層幀形成模塊、調(diào)制或編碼模塊，其中:節(jié)點(diǎn)定位模塊包括:
[0023]錨節(jié)點(diǎn)列表單元，用于記錄未知節(jié)點(diǎn)周圍通信范圍內(nèi)所有錨節(jié)點(diǎn)信息；
[0024]未知節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI記錄單元，用于未知節(jié)點(diǎn)測量并記錄接收到各錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度；
[0025]虛擬節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI估算單元，用于未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，在其組成的三角形內(nèi)部或三條邊上隨機(jī)分布η個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，并估算并記錄各虛擬節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度；
[0026]不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)測試單元，用于判斷未知節(jié)點(diǎn)是否在其所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的內(nèi)部；
[0027]三角形重疊區(qū)域的質(zhì)心計(jì)算單元，用于求解所有內(nèi)部包含未知節(jié)點(diǎn)的所有三角形的重疊區(qū)域，并計(jì)算該區(qū)域的質(zhì)心。
[0028]三、一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位方法，包括如下步驟:
[0029](I)所有錨節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播攜帶有自己的位置信息、標(biāo)識(shí)號(hào)和發(fā)送功率的數(shù)據(jù)幀；
[0030](2)未知節(jié)點(diǎn)測量并記錄各錨節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)幀的接收信號(hào)強(qiáng)度；
[0031](3)未知節(jié)點(diǎn)在其周圍通信范圍內(nèi)的所有錨節(jié)點(diǎn)中任意選取三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，如果錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不足三個(gè)，則等待周圍未知節(jié)點(diǎn)確定自己位置升級為錨節(jié)點(diǎn)；
[0032](4)未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，在所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形的三條邊上，或者在其內(nèi)部隨機(jī)分布η個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)；
[0033](5)未知節(jié)點(diǎn)利用不依賴鄰居節(jié)點(diǎn)的近似三角形內(nèi)點(diǎn)測試法原理確定自身與錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的位置關(guān)系；
[0034](6)未知節(jié)點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行上述步驟(3)?(5)，直到遍歷其周圍通信范圍內(nèi)的所有錨節(jié)點(diǎn)；
[0035](7)求解所有未知節(jié)點(diǎn)在其內(nèi)部的所有三角形的重疊區(qū)域，并計(jì)算重疊區(qū)域質(zhì)心，即為未知節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)。
[0036]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0037]本發(fā)明與依賴于物理鄰節(jié)點(diǎn)的APIT定位方法相比，不存在由于未知節(jié)點(diǎn)位置特殊或者周圍鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較少而造成誤判的問題。本發(fā)明中未知節(jié)點(diǎn)定位不依賴于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度和周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的分布，未知節(jié)點(diǎn)不需要跟虛擬鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，且計(jì)算簡單，通過增加虛擬節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)可以提高節(jié)點(diǎn)定位精度，適用于各種規(guī)模和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
【附圖說明】
[0038]圖1?圖4為本發(fā)明的原理示意圖；
[0039]圖5為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0040]圖6為本發(fā)明系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)定位模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0041]圖7為本發(fā)明未知節(jié)點(diǎn)定位總流程圖；
[0042]圖8為本發(fā)明不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的近似三角形內(nèi)點(diǎn)測試流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0043]為使本發(fā)明目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0044]參照圖1?圖4，本發(fā)明技術(shù)原理如下:
[0045]如圖1所示，設(shè)節(jié)點(diǎn)Α、節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)M為未知節(jié)點(diǎn)。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)M分別向著垂直于三角形三邊的方向移動(dòng)時(shí)，如圖1(a)所示，如果未知節(jié)點(diǎn)位于三角形內(nèi)部，則未知節(jié)點(diǎn)均不會(huì)同時(shí)靠近或遠(yuǎn)離三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)；如圖1(b)所示，如果未知節(jié)點(diǎn)位于三角形外部，貝1J存在一個(gè)方向上(如圖中垂直于BC邊的方向)使得未知節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)遠(yuǎn)離或靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。
[0046]在實(shí)際應(yīng)用中，由于未知節(jié)點(diǎn)不確定自己坐標(biāo)信息，因此無法確定上述垂直于三角形三條邊的方向。為了實(shí)現(xiàn)上述思想，首先未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，在錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的內(nèi)部(如圖2所示)或者在三角形的三條邊上(如圖3所示)隨機(jī)分布η個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)。該η個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息未知節(jié)點(diǎn)是已知的，因此可以計(jì)算出各虛擬節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后未知節(jié)點(diǎn)M根據(jù)無線信號(hào)傳播損耗模型估算在各虛擬節(jié)點(diǎn)上接收到各錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI，并將估算到的各錨節(jié)點(diǎn)RSSI跟自己測量到的對應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)RSSI進(jìn)行對比，從而可以確定當(dāng)自己移動(dòng)到虛擬節(jié)點(diǎn)位置時(shí)自己與三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間距離關(guān)系變化。當(dāng)隨機(jī)分布的虛擬節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)足夠多時(shí)，其中一定存在三個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)使得未知節(jié)點(diǎn)向著該三個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，其方向分別垂直于三角形的三條邊，因此可以以此判斷未知節(jié)點(diǎn)是否處在錨節(jié)點(diǎn)組成三角形內(nèi)部:如果未知節(jié)點(diǎn)近似向各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，未知節(jié)點(diǎn)均不會(huì)同時(shí)遠(yuǎn)離或者靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則可以判斷其位于三角形內(nèi)部；如果存在一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)使得未知節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到該虛擬節(jié)點(diǎn)時(shí)，未知節(jié)點(diǎn)會(huì)同時(shí)靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則可以判斷其位于三角形外部。依次類推，當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)遍歷其周圍通信范圍內(nèi)的所有錨節(jié)點(diǎn)，根據(jù)上述方法找到所有內(nèi)部包含未知節(jié)點(diǎn)的三角形，如圖4所示，然后求解所有三角形重疊區(qū)域的質(zhì)心，即可得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。
[0047]參照圖5，本發(fā)明的系統(tǒng)包括:節(jié)點(diǎn)定位模塊10、媒質(zhì)接入控制模塊20、物理層信道管理模塊30、MAC層幀提取模塊40、接收信號(hào)解析模塊50、模數(shù)轉(zhuǎn)換器60、物理層幀形成模塊70、調(diào)制或編碼模塊80、數(shù)模轉(zhuǎn)換器90、射頻前端模塊AO、和天線。其中:
[0048]媒質(zhì)接入控制模塊20、物理層幀形成模塊70、調(diào)制或編碼模塊80、數(shù)模轉(zhuǎn)換器90與射頻前端模塊AO依次單向連接，構(gòu)成數(shù)據(jù)發(fā)送通道；射頻前端模塊A0、模數(shù)轉(zhuǎn)換器60、接收信號(hào)解析模塊50、MAC層幀提取模塊40與媒質(zhì)接入控制模塊20依次單向連接，構(gòu)成數(shù)據(jù)接收通道。MAC層幀提取模塊40跟節(jié)點(diǎn)定位模塊10單相連接，用于向節(jié)點(diǎn)定位模塊傳遞錨節(jié)點(diǎn)廣播的數(shù)據(jù)幀中所攜帶的信息；節(jié)點(diǎn)定位模塊10跟媒質(zhì)接入控制模塊20雙向連接，用于將節(jié)點(diǎn)定位信息傳遞給其他未知節(jié)點(diǎn)或中心控制節(jié)點(diǎn)；射頻前端模塊AO與物理信道管理模塊30雙向連接傳遞控制與通知消息；物理信道管理模塊30與媒質(zhì)接入控制模塊20單向連接，向媒質(zhì)接入控制模塊通知信道狀態(tài)；射頻前端模塊80與天線雙向連接接收和發(fā)送無線信號(hào)。
[0049]當(dāng)錨節(jié)點(diǎn)廣播攜帶其位置信息、標(biāo)示以及發(fā)射功率等參數(shù)的數(shù)據(jù)幀時(shí)，媒質(zhì)接入模塊20將包含有上述信息的MAC層數(shù)據(jù)幀交給物理層幀形成模塊70，添加PLCP幀頭組成物理層數(shù)據(jù)幀后再通過調(diào)制/編碼模塊80和數(shù)模轉(zhuǎn)換器90，經(jīng)射頻前端模塊從天線發(fā)送出去。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)廣播的數(shù)據(jù)幀時(shí)，MAC層幀提取模塊40將中攜帶的錨節(jié)點(diǎn)位置信息、錨節(jié)點(diǎn)標(biāo)示以及發(fā)射功率等信息傳遞給節(jié)點(diǎn)定位模塊10。節(jié)點(diǎn)定位模塊10記錄下錨節(jié)點(diǎn)表示，以及對應(yīng)的位置坐標(biāo)和接收信號(hào)強(qiáng)度等信息；然后由節(jié)點(diǎn)定位模塊根據(jù)上述信息確定未知節(jié)點(diǎn)的位置。
[0050]參照圖6，本發(fā)明所述節(jié)點(diǎn)定位模塊包括:錨節(jié)點(diǎn)列表記錄101、未知節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI記錄單元102、虛擬節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI估算單元103、不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)測試單元104和三角形重疊區(qū)域質(zhì)心計(jì)算單元105。其中錨節(jié)點(diǎn)列表記錄單元101跟外部MAC層幀提取模塊40單向鏈接，用于記錄未知節(jié)點(diǎn)周圍錨節(jié)點(diǎn)標(biāo)示和對應(yīng)的坐標(biāo)信息。未知節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI記錄單元102通過外部媒質(zhì)接入模塊20跟物理信道管理單元30單向鏈接，用于記錄物理層測量到對應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)的RSSI。虛擬節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI估算單元103與錨節(jié)點(diǎn)列表記錄單元101單向鏈接，用于未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，在其組成的三角形內(nèi)部或三條邊上隨機(jī)分布虛擬節(jié)點(diǎn)，并估算各虛擬節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI ;未知節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI記錄單元102和虛擬節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI估算單元103同時(shí)跟不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)測試單元104單相連接，用于將定位所需要的參數(shù)信息傳遞給不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)測試單元，從而判斷未知節(jié)點(diǎn)是否在選取的三角形內(nèi)部。三角形重疊區(qū)域質(zhì)心計(jì)算單元105跟不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)測試單元104單相連接，用于求解所有內(nèi)部包含未知節(jié)點(diǎn)的三角形的重疊區(qū)域的質(zhì)心，得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。
[0051]參照圖7，本發(fā)明一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位方法的實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟:
[0052]步驟1，所有錨節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播攜帶有自己的位置信息、標(biāo)識(shí)號(hào)和發(fā)送功率的數(shù)據(jù)幀。
[0053]步驟2，未知節(jié)點(diǎn)測量并記錄各錨節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)幀的接收信號(hào)強(qiáng)度。
[0054]步驟3，未知節(jié)點(diǎn)在其周圍通信范圍內(nèi)的所有錨節(jié)點(diǎn)中任意選取三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，如果錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不足三個(gè)，則等待周圍未知節(jié)點(diǎn)確定自己位置升級為錨節(jié)點(diǎn)。
[0055]步驟4，未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，在所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形的三條邊上，或者在其內(nèi)部隨機(jī)分布η個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)。
[0056]步驟5，未知節(jié)點(diǎn)利用不依賴鄰居節(jié)點(diǎn)的近似三角形內(nèi)點(diǎn)測試法，判斷自己是否處于三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成三角型的內(nèi)部。
[0057]參照圖8，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下:
[0058](5a)未知節(jié)點(diǎn)估算各虛擬節(jié)點(diǎn)接收到各錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI，并跟自己測量到的對應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)RSSI進(jìn)行比較，得到未知節(jié)點(diǎn)向各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)與錨節(jié)點(diǎn)的相對位置的變化關(guān)系；
[0059](5b)未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)其向著各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)與錨節(jié)點(diǎn)的相對位置的變化關(guān)系，確定自己是否處在錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的內(nèi)部:即如果未知節(jié)點(diǎn)向各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)均不會(huì)同時(shí)靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則其位于三角形內(nèi)部；反之，如果未知節(jié)點(diǎn)向某個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則其位于三角形外部；
[0060](5c)如果未知節(jié)點(diǎn)處在錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形內(nèi)部，則記錄下這三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成三角形，繼續(xù)執(zhí)行步驟(6);否則，直接執(zhí)行步驟(6)。
[0061]步驟6，未知節(jié)點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行上述步驟(3)?(5)，直到遍歷周圍通信范圍內(nèi)的所有錨節(jié)點(diǎn)。
[0062]步驟7，求解所有未知節(jié)點(diǎn)在其內(nèi)部的所有三角形的重疊區(qū)域，并計(jì)算重疊區(qū)域質(zhì)心，即為未知節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)，包括:節(jié)點(diǎn)定位模塊、媒質(zhì)接入控制模塊、接收信號(hào)解析模塊、射頻前端模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、MAC層幀提取模塊、物理層幀形成模塊、調(diào)制或編碼模塊，其中:節(jié)點(diǎn)定位模塊包括: 錨節(jié)點(diǎn)列表單元，用于記錄未知節(jié)點(diǎn)周圍通信范圍內(nèi)所有錨節(jié)點(diǎn)信息； 未知節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI記錄單元，用于未知節(jié)點(diǎn)測量并記錄接收到各錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度； 虛擬節(jié)點(diǎn)接收錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI估算單元，用于未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，在其組成的三角形內(nèi)部或三條邊上隨機(jī)分布η個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，并估算并記錄各虛擬節(jié)點(diǎn)接收到錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度； 不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)測試單元，用于判斷未知節(jié)點(diǎn)是否在其所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的內(nèi)部； 三角形重疊區(qū)域的質(zhì)心計(jì)算單元，用于求解所有內(nèi)部包含未知節(jié)點(diǎn)的所有三角形的重疊區(qū)域，并計(jì)算該區(qū)域的質(zhì)心。2.一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位方法，包括如下步驟 (1)所有錨節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播攜帶有自己的位置信息、標(biāo)識(shí)號(hào)和發(fā)送功率的數(shù)據(jù)幀； (2)未知節(jié)點(diǎn)測量并記錄各錨節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)幀的接收信號(hào)強(qiáng)度； (3)未知節(jié)點(diǎn)在其周圍通信范圍內(nèi)的所有錨節(jié)點(diǎn)中任意選取三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，如果錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不足三個(gè)，則等待周圍未知節(jié)點(diǎn)確定自己位置升級為錨節(jié)點(diǎn)； (4)未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，在所選取的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形的三條邊上，或者在其內(nèi)部隨機(jī)分布η個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)； (5)未知節(jié)點(diǎn)利用不依賴鄰居節(jié)點(diǎn)的近似三角形內(nèi)點(diǎn)測試法原理確定自身與錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的位置關(guān)系； (6)未知節(jié)點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行上述步驟(3)?(5)，直到遍歷其周圍通信范圍內(nèi)的所有錨節(jié)占.(7)求解所有未知節(jié)點(diǎn)在其內(nèi)部的所有三角形的重疊區(qū)域，并計(jì)算重疊區(qū)域質(zhì)心，即為未知節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不依賴于鄰居節(jié)點(diǎn)的APIT節(jié)點(diǎn)定位方法，其中步驟(5)中不依賴鄰居節(jié)點(diǎn)的近似三角形內(nèi)點(diǎn)測試法，包括以下步驟: (5a)未知節(jié)點(diǎn)估算各虛擬節(jié)點(diǎn)接收到各錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)的RSSI，并跟自己測量到的對應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)RSSI進(jìn)行比較，得到未知節(jié)點(diǎn)向各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)與錨節(jié)點(diǎn)的相對位置的變化關(guān)系; (5b)未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)其向著各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)與錨節(jié)點(diǎn)的相對位置的變化關(guān)系，確定自己是否處在錨節(jié)點(diǎn)組成三角形的內(nèi)部:即如果未知節(jié)點(diǎn)向各虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)均不會(huì)同時(shí)靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則其位于三角形內(nèi)部；反之，如果未知節(jié)點(diǎn)向某個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)靠近三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，則其位于三角形外部； (5c)如果未知節(jié)點(diǎn)處在錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形內(nèi)部，則記錄下這三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成三角形，繼續(xù)執(zhí)行步驟(6);否則，直接執(zhí)行步驟(6)。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK105898858SQ201410451909
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年9月9日
【發(fā)明人】劉吉龍, 王哲
【申請人】劉吉龍