[發(fā)明專利]一種融合射頻識別的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多移動目標定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010175879.5
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101945472A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳俊杰;付俊;高國勝
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

1.一種融合射頻識別的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多移動目標定位方法，其特征在于，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN-Wireless?Sensor?Networks)技術(shù)的基礎(chǔ)上融合射頻識別(RFID-RadioFrequency?Identification)技術(shù)以構(gòu)成融合射頻識別的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSID-WSNSyncretizing?RFID)技術(shù)，用于對多移動目標實施定位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合射頻識別的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多移動目標定位方法，其特征在于，建立定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)包括標簽(1)、節(jié)點(2)、基站(3)和監(jiān)控終端(4)，具體定位步驟如下：

2.1.將節(jié)點固定部署在預(yù)定位置上，上電初始化；

2.2.設(shè)置節(jié)點的位置坐標，基站分別為各個節(jié)點配置ID并建立各節(jié)點間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)庫，再將所有節(jié)點的ID和位置關(guān)系數(shù)據(jù)庫分別發(fā)送給各個節(jié)點；

2.3.在移動目標上設(shè)置標簽，標簽上電初始化，基站向各個節(jié)點發(fā)出建立網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包建立網(wǎng)絡(luò)，隨后發(fā)送建立簇和確定簇頭的數(shù)據(jù)包，對網(wǎng)絡(luò)進行分簇，收到包含簇頭信息的數(shù)據(jù)包的節(jié)點作為簇頭節(jié)點，其它節(jié)點作為普通節(jié)點；

2.4.一旦設(shè)置有WSID標簽的移動目標進入定位區(qū)域，移動目標上的WSID標簽和WSID節(jié)點通過自校正定位算法計算移動目標的位置坐標，所述標簽采用電池供電；

2.5.標簽將移動目標的位置信息通過節(jié)點經(jīng)多跳路由發(fā)送到基站，基站在采集到移動目標的位置信息后，通過Internet、GPRS或TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)將移動目標的位置信息發(fā)送至監(jiān)控終端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種融合射頻識別的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多移動目標定位方法，其特征在于，所述對網(wǎng)絡(luò)進行分簇的方法為：

3.1.簇頭節(jié)點向整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)出廣播分簇請求信息，若標簽收到該廣播分簇請求信息并判斷自己位于簇區(qū)域內(nèi)，則標簽向簇頭節(jié)點發(fā)送確認信息；

3.2.標簽測量到單個簇頭節(jié)點廣播分簇請求信息的RSSI值與簇頭節(jié)點設(shè)定并發(fā)送的RSSI₀邊界值進行比較，若RSSI≥RSSI₀，則確定該簇頭節(jié)點為此標簽所處簇區(qū)域的簇頭，并返回一個確認信息給簇頭節(jié)點，若RSSI＜RSSI₀，則丟棄該數(shù)據(jù)包，

若標簽測量到多個簇頭節(jié)點的廣播分簇請求信息的RSSI≥RSSI₀，則標簽按照每個簇區(qū)域中標簽數(shù)趨均原則確定簇頭，若各個簇區(qū)域中標簽數(shù)目均等，則標簽按照隨機原則確定簇頭，若標簽測量到多個簇頭節(jié)點的廣播分簇請求信息的RSSI＜RSSI₀，則丟棄該數(shù)據(jù)包，

3.3.簇頭節(jié)點在收到標簽的確認信息后，就將此標簽加入該簇區(qū)域，之后，簇頭節(jié)點在此標簽離開簇區(qū)域前一直接收其位置信息，而丟棄未發(fā)回確認信息的標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)包。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的融合射頻識別的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多移動目標定位方法，其特征在于，所述的自校正定位算法的實現(xiàn)過程包括自校正過程和定位過程：

4.1.自校正過程

4.1.1.由網(wǎng)絡(luò)基站給一個待校正節(jié)點分配一個校正令牌并設(shè)校正令牌的初值為0；

4.1.2.獲得校正令牌的待校正節(jié)點以廣播的形式向其它節(jié)點發(fā)出校正申請，收到校正申請的節(jié)點作為校正協(xié)助節(jié)點將自身的ID信息發(fā)給待校正節(jié)點；

4.1.3.待校正節(jié)點收到校正協(xié)助節(jié)點的ID信息的同時，記錄下各個校正協(xié)助節(jié)點無線信息的RSSI值，根據(jù)無線電傳輸模型計算待校正節(jié)點和協(xié)助校正節(jié)點之間的測量距離，根據(jù)待校正節(jié)點和校正協(xié)助節(jié)點的實際坐標計算待校正節(jié)點和協(xié)助校正節(jié)點之間的實際距離，用i表示校正協(xié)助節(jié)點的個數(shù)，將待校正節(jié)點和校正協(xié)助節(jié)點之間的實際距離存入數(shù)組D＝{d₁，d₂，d₃，...，d_i}，將待校正節(jié)點和校正協(xié)助節(jié)點之間的測量距離存入數(shù)組D_c＝{d_c1，d_c2，d_c3，...，d_ci}；

4.1.4.待校正節(jié)點計算RSSI測距自適應(yīng)加權(quán)校正系數(shù)μ，公式如下：

其中，

其中，e_j＝(d_j-d_cj)/d_cj，e_p＝(d_p-d_cp)/d_cp，1≤j≤i，1≤k≤i，l≤p≤i，i，j，l和p均為正整數(shù)，i根據(jù)實際應(yīng)用需求取值，dj表示待校正節(jié)點和第j個校正協(xié)助節(jié)點之間的實際距離，d_cj表示待校正節(jié)點和第j個校正協(xié)助節(jié)點之間的測量距離，d_ck表示待校正節(jié)點和第k個校正協(xié)助節(jié)點之間的測量距離，d_p表示待校正節(jié)點和第p個校正協(xié)助節(jié)點之間的實際距離，d_cp表示待校正節(jié)點和第p個校正協(xié)助節(jié)點之間的測量距離；

4.1.5.用RSSI測距自適應(yīng)加權(quán)校正系數(shù)對4.1.3中的測量距離進一步校正，得出待校正節(jié)點和各個校正協(xié)助節(jié)點之間的校正距離并存入數(shù)組D′_c＝{d′_c1，d′_c2，d′_c3，...，d′_ci}，計算公式如下：

d′_cj＝d_cj(1+μ)

其中，1≤j≤i，j及i為正整數(shù)，i根據(jù)實際應(yīng)用需求取值，d′_cj表示待校正節(jié)點和第j個校正協(xié)助節(jié)點之間的校正距離，d_cj表示待校正節(jié)點和第j個校正協(xié)助節(jié)點之間的測量距離；

4.1.6.根據(jù)三角形定位原理計算待校正節(jié)點的坐標，用m表示由三角形定位原理計算獲得的待校正節(jié)點的坐標個數(shù)，用(x_r，y_r)，(x_s，y_s)，(x_t，y_t)分別表示任意三個不共線的校正協(xié)助節(jié)點的坐標，用d′_cr，d′_cs，d′_ct分別表示待校正節(jié)點和協(xié)助校正節(jié)點(x_r，y_r)，(x_s，y_s)，(x_t，y_t)之間的校正距離，用表示三角形定位原理計算獲得的待校正節(jié)點的坐標，將所有的坐標存入數(shù)組Z′＝{(x′₁，y′₁)，(x′₂，y′₂)，，...，(x′_m，y′_m)}，坐標計算公式如下：

xv′yv′2(xr-xt)2(yr-yt)2(xs-xt)2(ys-yt)-1xr2-xt2+yr2-yt2+dct2-dcr2xr2-xt2+ys2-yt2+dct2-dcs2;]]>

其中，d_cr，d_cs，d_ct分別表示待校正節(jié)點c和校正協(xié)助節(jié)點r，s，t之間的實際距離，

4.1.7.將步驟4.1.6獲得的待校正節(jié)點的m個計算坐標平均，獲得待校正節(jié)點的計算坐標，然后將待校正節(jié)點的實際坐標減去計算坐標，獲取待校正節(jié)點坐標誤差(e_x，e_y)，計算公式如下：

ex=x-1mΣv=1mxv′ey=y-1mΣv=1myv′]]>

其中，1≤v≤m，v及m為正整數(shù)，m根據(jù)實際應(yīng)用需求取值，(x，y)表示待校正節(jié)點的實際坐標，(x′_v，y′_v)表示由步驟4.1.6中根據(jù)三角形定位原理計算的的待校正節(jié)點的第v個坐標；

4.1.8.判斷校正令牌的值，若校正令牌的值小于系統(tǒng)中節(jié)點個數(shù)，則還存在未校正的節(jié)點，將校正令牌發(fā)送給未校正節(jié)點，重復(fù)步驟4.1.2至步驟4.1.7；若校正令牌的值等于系統(tǒng)中節(jié)點個數(shù)，則不存在未校正節(jié)點，將校正令牌交還網(wǎng)絡(luò)基站；

4.2.定位過程

4.2.1.各個標簽廣播自身ID信息，然后進入接收狀態(tài)等待各個節(jié)點數(shù)據(jù)；

4.2.2.網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點不斷偵聽標簽的無線信息，用n表示本節(jié)點接收標簽信息的個數(shù)，各個節(jié)點接收到標簽信號的同時記錄標簽的ID和RSSI值，并通過無線電傳輸模型獨立計算本節(jié)點和各個標簽之間的測量距離，并存入數(shù)組A_c＝{a_c1，a_c2，a_c3，...，a_cn}；

4.2.3.各個節(jié)點獨立對4.2.2中步驟中所得到的本節(jié)點和各個標簽之間的測量距離進行校正，獲得本節(jié)點和各個標簽之間校正距離并存入數(shù)組A′_c＝{a′_c1，a′_c2，a′_c3，...，a′_cn}，校正公式如下：

a′_cq＝a_cq(1+μ)

其中，1≤q≤n，q及n為正整數(shù)，n取值根據(jù)實際應(yīng)用需求取值，a′_cq是本節(jié)點和第q個標簽之間校正距離，a_cq是步驟4.2.2中的測量的本節(jié)點和第q個標簽之間；

4.2.4.各個節(jié)點依據(jù)標簽ID將本節(jié)點和各個標簽之間的校正距離和步驟4.1.7獲得的節(jié)點坐標誤差(e_x，e_y)同時發(fā)送給標簽；

4.2.5.各個標簽收到節(jié)點的信息后，根據(jù)各個節(jié)點提供的節(jié)點和本標簽之間的校正距離，根據(jù)三角形定位原理獨立計算出本標簽初步坐標，用M表示由三角形定位原理計算獲得的標簽的初步坐標個數(shù)，M為正整數(shù)，其取值根據(jù)實際應(yīng)用需求取值，用(X_r，Y_r)，(X_s，Y_s)，(X_t，Y_t)分別表示任意三個不共線的節(jié)點坐標，用a′_cr，a′_cs，a′_ct分別表示本標簽和節(jié)點(X_r，Y_r)，(X_s，Y_s)，(X_t，Y_t)之間的校正距離，用表示標簽的初步坐標，將所有坐標存入數(shù)組計算公式如下：

XV′YV′=2(Xr-Xt)2(Yr-Yt)2(Xs-Xt)2(Ys-Yt)-1Xr2-Xt2+Yr2-Yt2+act2-acr2Xr2-Xt2+Ys2-Yt2+act2-acs2;]]>

4.2.6.各個標簽根據(jù)步驟4.2.5計算所得初步坐標獨立計算出標簽的計算坐標，用表示標簽的計算坐標，計算公式如下：

X′‾=1MΣv=1MXv′Y′‾=1MΣv=1MYv′;]]>

其中，M表示步驟4.2.5中標簽初步坐標個數(shù)，M為正整數(shù)，其取值根據(jù)實際應(yīng)用需求取值，(X′_v，Y′_v)表示步驟4.2.5中本標簽的第v個初步坐標；

4.2.7.各個標簽根據(jù)所收到的所有節(jié)點的坐標誤差獨立計算出網(wǎng)絡(luò)定位誤差計算公式如下：

ex‾=1NΣz=1Nexzey‾=1NΣz=1meyz]]>

其中，N表示被本標簽接收到信息的節(jié)點個數(shù)，N為正整數(shù)，其取值根據(jù)實際應(yīng)用需求取值，e_xz表示節(jié)點z的X坐標誤差，e_yz表示節(jié)點z的Y坐標誤差；

4.2.8.各個標簽獨立計算自身最終位置坐標(X，Y)，公式如下：

X=X′‾+ex‾Y=Y′‾+ey‾.]]>