[發明專利]一種在無線傳感器網絡中基于RSSI的改進加權三邊定位方法

有效

• 申請號: 201110054768.3
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102158956A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 顧學邁;孫浩;石碩;胡心怡
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04B17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡中節點的自身定位領域，具體涉及一種低計算復雜度、易于實現、精度較高的無線傳感器網絡中基于RSSI的改進加權三邊定位方法。

背景技術

隨著微機電系統(micro-electro-mechanism?system，簡稱MEMS)、片上系統(SOC，System?on?Chip)、無線通信和數字電了技術的發展，作為一種新型的信息獲取和處理模式，無線傳感器網絡具有巨大應用前景。美國DAPRA(Defense?Advanced?Research?Projects?Agency)每年投入幾千萬美元以進行無線傳感器網絡技術的研究。在歐洲和日本，無線傳感器網絡的研究也得到了政府的大力支持。在國內，很多高校也掀起了無線傳感器網絡的研究熱潮。清華大學、中國科技大學、哈爾濱工業大學、浙江大學等紛紛加入無線傳感器網絡的研究隊伍中。2005年和2006年的國家發改委專項項目以及2006年國家973基礎研究計劃都對無線傳感器網絡技術研究給予了大力支持。

定位技術的研究在很多領域都是一個比較熱門并且是一個富于挑戰的問題，對于無線傳感器網絡來說，定位問題是一個亟待解決的問題。在大多數的無線傳感器應用領域中，感知的數據只有在知道傳感器位置信息的情況下才是有意義的。因為傳感器只有明確自身位置，才能夠詳細說明“在什么位置發生了什么事件”；并且，明確傳感器節點位置可以提高路由效率、為網絡提供命名空間、向部署方提供網絡的覆蓋質量、實現網絡的負載均衡以及網絡拓撲的自我配置等。

根據定位過程中是否測量實際節點的距離，把定位算法分為：基于距離的(range-based)定位算法和距離無關的(range-free)定位算法。前者定位通過測量節點間點到點的距離或角度信息，使用三邊測量(trilateration)、三角測量(triangulation)或最大似然估計定位計算節點位置；后者定位儀根據網絡連通性等信息即可實現。相比于range-free定位算法，range-based定位算法易于硬件實現，而且得到廣泛的應用。

Range-based定位算法常用的測距技術有TOA、TDOA、AOA和RSSI。TOA(Time?of?Arrival)需要節點精確的時間同步，無法用于松散耦合定位系統；TDOA(Time?Difference?On?Arrival)技術受限于超聲波傳播距離有限和NLOS問題對超聲波等信號的傳播影響：超聲波信號通常傳播距離儀為20-30英尺(6-9米)；AOA(Angle?of?Arrival)也受外界環境影響，而且需要額外硬件，在硬件尺寸和功耗上可能無法用于傳感器節點。隨著無線傳感器網絡技術的發展，RSSI(Received?Signal?Strength?Indicator)技術被廣泛應用。基于RSSI的技術具有較低的通信載荷和較低的實現復雜度，這對于能量優先的傳感器網絡是很有意義的。基于RSSI技術的三邊定位方法由于具低實現復雜度、較少的硬件資源消耗等優勢，具在典型無線傳感器網絡定位系統中的得到了廣泛的應用，比如cricket系統。雖然具有較低的實現復雜度，但是受限于信號的多徑傳播、非視距(None?Line?of?Sight，NLOS)、坐標計算精確度不高等問題，往往給具帶來較大的定位誤差，以至于無法適應現實生活中室內定位的需要。

發明內容

本發明提出了一種在無線傳感器網絡中基于RSSI的改進加權三邊定位方法，它要解決的技術問題是傳統的基于RSSI技術的三邊定位方法受限于信號的多徑傳播、視距(None?Line?of?Sight，NLOS)、坐標計算精確度不高等因素，往往給具帶來較大的定位誤差，以至于無法適應現實生活中室內定位的需要。

本發明的一種無線傳感器網絡中基于RSSI的改進加權三邊室內定位方法的步驟如下：

步驟一：啟動未知節點定位功能，使未知節點向外發送信息；

步驟二：錨節點接收到來自未知節點信息后，計算RSSI值，并儲存到硬件寄存器中；

步驟三：錨節點將分配給自身的ID號、RSSI值和位置信息(X_i，Y_i)(i＝1，2...)發送給未知節點；

步驟四：未知節點將按照收到的RSSI值大小對錨節點進行排序，選擇具中RSSI值大的N個錨節點用于自身定位，具中的N大于等于3；

步驟五：根據所述N個錨節點的信息，采用三邊定位方法確定權重值；

步驟六：利用加權算法，計算未知節點的坐標。

本發明的特點和優勢在于：