[發(fā)明專利]一種基于信號強(qiáng)度距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號圖定位方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810239573.4
• 申請日: 2008-12-15
• 公開（公告）號: CN101424737A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒲菊華;魏巍;蘆效峰;喬治;熊璋
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無需測距技術(shù)的信號圖定位方法，特別涉及一種基于信號強(qiáng)度距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號圖定位方法。

背景技術(shù)

隨著微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanism?system，簡稱MEMS)、無線通信和數(shù)字電子技術(shù)的進(jìn)步誕生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless?sensor?network，簡稱WSN)。對于大多數(shù)WSN應(yīng)用，不知道傳感器位置而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。傳感器節(jié)點(diǎn)必須明確自身位置才能詳細(xì)說明“在什么位置或區(qū)域發(fā)生了特定事件”，實(shí)現(xiàn)對外部目標(biāo)的定位和追蹤。

WSN的自身定位技術(shù)主要分為基于測距技術(shù)(Range-Based)與無須測距技術(shù)(Range-Free)。其中Range-Based技術(shù)通過測量節(jié)點(diǎn)間點(diǎn)到點(diǎn)的距離或角度信息，使用三邊測量、三角測量或最大似然估計(jì)定位法計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置；Range-Free技術(shù)則無須距離和角度信息，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等信息即可實(shí)現(xiàn)。

基于Range-free技術(shù)的WSN定位方法主要分為：DV-Hop、凸規(guī)劃和MDR-MAP等。Range-Free技術(shù)的特點(diǎn)為：普適性較好，不需要額外設(shè)備，但定位精度較差，錨節(jié)點(diǎn)密度較高。

基于Range-Based技術(shù)的WSN定位方法主要有：RSSI、TOA、TDOA和AOA。TOA(Time?Of?Arrival)、DOA(Time?Difference?On?Arrival)、AOA(Angle?OfArrival)等技術(shù)。基于Range-Based技術(shù)的定位方法大多需要額外硬件，使得系統(tǒng)成本增加。RSSI(Received?Signal?Strength?Indicator)根據(jù)無線傳感器節(jié)點(diǎn)間信號強(qiáng)度進(jìn)行定位，不需要額外硬件，系統(tǒng)成本較低。

在RSSI定位技術(shù)中，信號圖定位方法(Radio-Map)由于其低算法復(fù)雜度、不需要額外設(shè)備等特點(diǎn)備受關(guān)注。但是基本信號圖定位方法也存在缺陷，主要表現(xiàn)為：離線階段部署工作量大；采用無線信號傳輸模型導(dǎo)致其普適性較差，當(dāng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，需要重新初始化所有系統(tǒng)參數(shù)。

因此，本發(fā)明公開一種基于信號強(qiáng)度距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號圖定位方法，不依賴于無線信號傳輸?shù)木唧w模型，無需將信號強(qiáng)度信息轉(zhuǎn)換成物理空間距離，所以，普適性更強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于信號強(qiáng)度距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號圖定位方法，通過該方法，可以實(shí)現(xiàn)無需測距技術(shù)、只利用信號圖和信號強(qiáng)度信息對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定位。

本發(fā)明的采用的一種基于信號強(qiáng)度距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號圖定位方法分為兩個(gè)階段：

第一階段為信號空間模型建立階段，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中布置一些已知位置的錨節(jié)點(diǎn)，根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況選取一系列的參考位置點(diǎn)，記錄下所有參考位置點(diǎn)的三維坐標(biāo)，構(gòu)成物理位置信息矩陣，并在各個(gè)參考位置點(diǎn)對所有錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多次信號強(qiáng)度采集，采用“平均值法”求出由各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度構(gòu)成的參考位置點(diǎn)信號強(qiáng)度向量，所有參考位置點(diǎn)的信號強(qiáng)度向量構(gòu)成當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信號空間矩陣。

第二階段為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入定位網(wǎng)絡(luò)后，采用“平均值法”，對多次采集到的各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度取其平均值，減少由于環(huán)境等因素對于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到的信號強(qiáng)度向量的影響，得到由各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度平均值構(gòu)成的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度向量。接著利用補(bǔ)償?shù)腒值近鄰法選取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的鄰居參考位置節(jié)點(diǎn)，計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度向量與所有參考位置點(diǎn)信號強(qiáng)度向量在各維(從各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)接收到的信號強(qiáng)度)上信號強(qiáng)度差的平方并求出所有信號強(qiáng)度差平方的平均值，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在獲取各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度的過程中置信大多數(shù)維度上的信號強(qiáng)度，將與信號強(qiáng)度平方的平均值相差最大的PBC(PBC的取值約為錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的1/4)個(gè)維度的值用上述平均值替換，利用上述計(jì)算得出的修正后的信號強(qiáng)度差的平方，通過公式計(jì)算各個(gè)參考位置點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的歐幾里德距離，選取出所有計(jì)算出的歐幾里德距離的最小值，如果最小值小于等于1，說明目標(biāo)節(jié)點(diǎn)就在該參考位置點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)，直接采用該參考點(diǎn)作為定位結(jié)果，否則將滿足鄰居參考位置點(diǎn)判別公式的參考位置點(diǎn)選入鄰居參考位置點(diǎn)集合，計(jì)算各個(gè)鄰居參考位置點(diǎn)對于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，通過權(quán)重和鄰居參考位置點(diǎn)的三維坐標(biāo)的計(jì)算，得出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于信號強(qiáng)度距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號圖定位方法的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是基于信號強(qiáng)度距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號圖定位方法的系統(tǒng)應(yīng)用部署圖。

具體實(shí)施方式