[發明專利]一種基于RSSI測距的室內無線傳感器網絡定位方法

無效

• 申請號: 201110214940.7
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102231912A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 王瑞榮;王建中;薛安克;段翠翠;韓雪原
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，涉及一種基于RSSI測距的室內無線傳感器網絡定位方法。

背景技術

無線傳感器網絡系統構成后首要問題是解決傳感器節點的定位問題。傳感器節點定位技術中，通常將傳感器網絡中的已知自身精確位置的少量節點作為錨節點，然后以這些錨節點的坐標作為參考，按照某種定位機制算法，對其它節點進行準確定位。錨節點在傳感器節點中所占的比例很小，可以通過人工部署或攜帶定位設備來獲取自身精確的位置信息。

目前常用的無線定位技術是通過測量接收到的無線信號參數，根據特定的算法推斷出被測節點的位置，測量參數一般包括傳輸時間、信號強度、到達角度等。除了使用傳統的三角測量，定位算法使用場景分析或近似法來減少測量誤差。針對不同的應用或服務，這三種算法擁有獨特的優勢和各自的缺點。假設多維空間存在一些點要在低維空間中重新分布，經典的MDS算法利用一個或多個距離矩陣——相異矩陣，來計算節點在低維空間中的位置。距離矩陣中的元素為從多維空間獲得的距離，與多維空間中節點間的距離類似。其中的相異性數據通過測量得到。該算法的目標是通過矩陣變換，在一個新的低維度空間中重新建立網絡拓撲結構，且節點間的相異性信息與原網絡一致。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種基于RSSI測距的室內定位方法，該定位方法采用MDS技術，并進行迭代計算，獲得節點的相對坐標，通過矩陣變換將相對坐標轉換為絕對位置坐標，以實現對節點的定位，仿真實驗結果顯示算法能夠達到不錯的定位精度。

假設已知m維空間內部部署節點數量為n,?節點i與節點j的坐標分別為???????????????????????????????????????????????，，兩點之間的歐式距離表示為，定義距離矩陣，距離矩陣D是節點坐標矩陣X?的函數。

步驟1：基于RSSI值獲取節點i和j之間的測量距離，該測量距離為節點i?和?j間的相異性數據，記為。

步驟2：建立節點i和j間的歐式距離與相異性數據的函數關系，函數關系為。距離矩陣D和相異矩陣的關系為：，其中是相異矩陣的線性變換，E是殘留的誤差矩陣。

通過迭代計算使上述步驟中E的平方和最小，得公式如下：

???????????????（1）

公式（1）的左邊用矩陣B表示，則矩陣B是對稱半正定的。記，則為的雙重中心化矩陣，其中?。

步驟3：對矩陣?B?進行奇異值分解有：，V?為?B?的特征向量矩陣，A?是一個對角陣，為?B?的特征值矩陣。由公式（1）知，則m維空間中節點的坐標矩陣，坐標矩陣X中的坐標為節點的相對位置坐標。

步驟4：將上述步驟中獲得的相對位置坐標轉換為絕對位置坐標。

通過與已知位置的錨節點對比來實現對坐標進行旋轉、鏡像、平移和縮放，從而實現節點相對位置坐標到絕對位置坐標的變換。

假設二維空間中n個節點的相對坐標矩陣為，真實坐標矩陣為，假設第一到第三個節點為錨節點，即、和已知。向量到的偏移運算可以表示為，其中；向量以角度到的逆時針旋轉可以表示為，其中：

???????????????????????????????????????????（2）

向量關于直線S的鏡像為，其中：

?????????????????????????????????????????????（3）

??????????????????????????????????????（4）

三個信標節點的實際位置已知，由得

根據以上條件計算公式如下：

???????????????（5）

得到節點的絕對位置坐標，即定位完成。

本發明的有益效果是：充分利用了節點之間的距離或其它相異性信息，只需要較少的錨節點便可實現比較準確的定位，具有適合無線傳感器網絡節點協同定位的特點。

附圖說明

圖1為定位流程圖；

圖2為本發明算法仿真流程圖；

圖3為仿真過程中節點部署圖；

圖4為仿真過程中節點軌跡圖；

圖5為仿真過程中定位誤差圖；

圖6為仿真過程中誤差圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，本發明方法包括以下步驟：