[發明專利]無線傳感網絡節點定位的方法

無效

• 申請號: 201210115533.5
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102665273A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 黃劉生;徐學永;何軍;黃河;徐宏力;蔣國華;張銀東;劉剛
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學蘇州研究院;北方信息控制集團有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡領域，具體涉及一種無線傳感器網絡中的節點自定位算法。

背景技術

在無線傳感網絡中，由于信號強度信息不需要額外的代價在信息的發送接收過程中就可以獲得，所以信號強度被公認為是一種非常具有吸引力的定位信息。但利用該信息進行定位的挑戰在于，信號強度值由于多徑反射等環境因素的影響而具有不可預測性。也就是說，信號強度值與距離之間的對應關系并不明顯。如果無法對當前環境進行合理地模型化，很難直接從信號強度值推斷出其對應的物理距離。

已有的基于信號強度的定位研究通常從以下兩個方向來利用信號強度信息實現定位。現有技術中基于信號強度的定位算法可以分為基于經驗擬合和基于經驗值匹配兩種。SpotOn系統是最早出現的基于信號強度的定位系統之一。只利用信號強度信息，SpotOn系統就能夠確定節點的當前位置。通過對經驗數據進行分析，SpotOn系統可以推導出信號強度和物理距離之間的函數關系。由該函數關系，基站根據來自傳感節點的消息的信號強度值就可以估算出它們之間的距離。當至少3個基站均接收到來自某傳感節點的信息時，服務器便能夠定位該節點。不難發現，通過信號強度值直接推導距離信息的方法，計算復雜度低，節點開銷小，具有較好的擴張性。但在實際應用中，由于多徑反射，障礙物等環境因素的影響，信號強度值與物理距離之間并沒有嚴格的對應關系。故此類方法的定位精度在復雜環境下，像室內環境，具有較低的定位精度。

由此，很多研究者開始考慮使用另外一種方式來利用信號強度值：通過預先在定位區域采集信號強度經驗值構建一個定位區域的信號強度分布圖，然后對傳感節點收集的信號強度信息搜索該分布圖來確定最終的位置。RADAR系統即屬于此類方法的典型代表。

RADAR在覆蓋區域里面預先選取一些信息采集點并按(x，y，RSSI₁，RSSI₂，...，RSSI_n)方式預先記錄這些位置所有n個發送節點收集到的RSSI值。如此，RADAR便得到一張定位區域RSSI值散點分布圖。假如，傳感節點收集到的信息為(RSSI′₁，RSSI′₂，...，RSSI′_n)，RADAR搜索預先獲取的信號強度分布圖來選取最符合當前信息的位置作為該傳感節點的坐標。即對信號強度分布圖中的所有點，計算式的值。這些值中最小的那個對應的地圖中的點坐標即為最后的定位結果。

目前的技術方案大多采用經驗值匹配的方式，節點的開銷代價小，計算復雜度低，同時可以取得不錯的定位精度，但是由于其涉及對定位區域進行大范圍采樣導致此類方法的擴展性較差。另外，由于每次定位都需要搜索整個數據庫進行匹配，后臺的計算工作量也不小。目前基于信號強度的定位算法還存在較多的問題需要進一步探索和研究。本發明因此而來。

發明內容

為了克服背景技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種無線傳感網絡中基于信號強度擬合經驗圖的定位方法，其包括三個步驟：二元經驗表獲取、經驗圖擬合以及節點定位三個過程。本發明提出的無線傳感器網絡中的節點定位方法，兼具經驗值擬合和經驗值匹配兩種方法的優點，充分考慮到節點信號傳輸模型各向異性的影響，同時又具備較好的擴展性，具有很強的實用價值。

為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是：

一種無線傳感網絡節點定位的方法，所述待定位節點作為接收節點，接收到無線傳感網絡中來自n個錨節點的消息信號強度分別為RSSI₁，RSSI₂，RSSI_i，...，RSSI_n，其特征在于所述方法包括以下步驟：

(1)將無線傳感網絡劃分成1×1的小網格SGrid，獲取SGrid的質心G(x，y)作為其代表，其中x、y分別為G的橫坐標和縱坐標；

對每一個小網格的質心G，獲取G到n個錨節點的距離分別為：D₁，D₂，D_i，...，D_n；以及G和n個錨節點的α角(α角為發送節點(此處為錨節點)和接收節點的底座中心連線與發送節點底座長邊垂線的夾角，如圖1所示)分別為：θ₁，θ₂，...，θ_n。