[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)及定位方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110132372.6
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102215564A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡心怡;許震宇;許書彬;石碩;吳少川;張國忠;江曉林;張明洋
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18;H04B17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)及定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，具有靈活性、容錯性、高感知能力、低費用以及快速布局等特點，廣泛應(yīng)用于國防軍事、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、醫(yī)療衛(wèi)生、空間探索等領(lǐng)域。WSN中的很多特定應(yīng)用都依賴于傳感器節(jié)點或者目標(biāo)物體的地理位置信息。傳感器節(jié)點必須明確自身位置才能詳細說明在什么位置或區(qū)域發(fā)生了特定事件，實現(xiàn)對外部目標(biāo)的定位和追蹤。

WSN自身定位系統(tǒng)和定位方法的研究大致經(jīng)過了兩個階段：第一階段主要偏重于緊密耦合型和基于基礎(chǔ)設(shè)施的定位系統(tǒng)，代表性的研究成果有：RADAR、Active?Bat、ctive?Badge、Radio?Camera、Active?Office、Easy?Living、SpotON、HiBall?Tracker、ParcTAB和mart?Floor等。第二階段主要是松散耦合型和無需基礎(chǔ)設(shè)施的定位技術(shù)，目前已經(jīng)成為WSN領(lǐng)域的熱點。根據(jù)定位依據(jù)的不同，第二階段的定位方又可分為基于距離信息和不基于距離信息(Range-Free)兩類。現(xiàn)存的方法和系統(tǒng)雖然能夠解決WSN自身定位問題，但是，每種系統(tǒng)和方法都與特定的應(yīng)用對象相關(guān)聯(lián)，解決不同的問題或支持不同的應(yīng)用，它們在用于定位的物理現(xiàn)象、網(wǎng)絡(luò)組成、能量需求、基礎(chǔ)設(shè)施和時空的復(fù)雜性等許多方面有所不同，存在一定的局限性，需要針對具體的應(yīng)用背景作進一步的研究，其中基于RSSI的定位方法和系統(tǒng)最為直觀，而現(xiàn)有定位系統(tǒng)中的節(jié)點大多僅由單片機構(gòu)成，定位方法復(fù)雜程度較高，定位速度差，定位精度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)或方法的定位速度差、定位精度低的問題，從而提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)及定位方法。

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，它包括三個信標(biāo)節(jié)點，所述每個信標(biāo)節(jié)點的結(jié)構(gòu)完全相同，均由一個無線收發(fā)天線和一個無線收發(fā)模塊組成，所述無線收發(fā)天線的信號接收端或信號發(fā)射端與無線收發(fā)模塊的信號發(fā)射端或接收端連接；

待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括無線收發(fā)天線、無線收發(fā)模塊和控制模塊，所述無線收發(fā)天線的信號接收端或信號發(fā)射端與無線收發(fā)模塊的信號發(fā)射端或接收端連接，無線收發(fā)模塊的信號輸出端與控制模塊的信號輸入端連接；

以三個信標(biāo)節(jié)點中的一個信標(biāo)節(jié)點為原點，建立直角坐標(biāo)系，另兩個信標(biāo)節(jié)點分別位于所述直角坐標(biāo)系的X軸上和Y軸上；待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位于所述直角度坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)，且所述待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與每個信標(biāo)節(jié)點之間的距離均介于1m～10m之間。

待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中還包括演示模塊，所述演示模塊的信號輸入端與控制模塊的信號輸出端連接。

待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的控制模塊采用FPGA實現(xiàn)。

基于上述系統(tǒng)的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，它由以下步驟實現(xiàn)：

步驟一、每個信標(biāo)節(jié)點分別進行初始化；

步驟二、每個信標(biāo)節(jié)點中的無線收發(fā)模塊從存儲區(qū)讀出自身ID，與數(shù)據(jù)長度、目的地址、數(shù)據(jù)、標(biāo)志位等一起形成數(shù)據(jù)幀，并將該數(shù)據(jù)幀以CSMA的方式進行周期性廣播；

步驟三、待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行初始化；

步驟四、待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等待接收來自三個信標(biāo)節(jié)點的廣播信號；

步驟五、待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點判斷是否收到來自三個信標(biāo)節(jié)點的廣播信號，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟六；如果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步驟四；

步驟六、待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分別向每個信標(biāo)節(jié)點發(fā)送ACK確認信號；

步驟七、待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點保存并分析所述收到來自三個信標(biāo)節(jié)點的廣播信號中數(shù)據(jù)幀的各部分結(jié)構(gòu)，并讀取收到來自三個信標(biāo)節(jié)點的廣播信號的RSSI值，將所述RSSI值與其對應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點的ID一起送入控制模塊；

步驟八、所述控制模塊根據(jù)RSSI-距離線性轉(zhuǎn)換模型：

d＝0.1×RSSI²+10×RSSI+236

分別獲得待測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與三個信標(biāo)節(jié)點之間的距離，式中，d表示距離，單位為m；RSSI表示信號強度，單位為dBm；

步驟九、根據(jù)步驟八獲得的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與三個信標(biāo)節(jié)點之間的距離，采用三邊測量法：