[發明專利]基于WSN的室內定位方法

有效

• 申請號: 201210487437.3
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103581830A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 陳宇斌;馮利爽;胡紅林;徐海平;熊文;黃宇;段志亮
• 申請（專利權）人: 華平信息技術股份有限公司
• 主分類號: H04W4/04
• 分類號: H04W4/04;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種定位方法，特別是涉及一種基于WSN的室內定位方法。

背景技術

無線傳感器網絡（WSN）作為新一代的傳感器網絡，在醫療護理、軍事領域以及環境監測和保護等方面都有著廣泛的應用，給人類的生產生活的各個領域帶來了深遠的影響。而所有的應用都是通過信息采集完成的，采集到的數據只有在能夠確定感知對象的位置時才有意義。例如，在野外災難監測的應用中，救援人員只有在知道災難發生的準確位置才能實施他們的工作。而對于某些傳感器網絡的協議，位置信息也是必要因素之一，如基于地理位置的路由協議，就需要通過傳感器節點的位置來選擇其報文轉發的路由節點。因此，傳感器節點的位置確定在大多數應用中起著關鍵作用。但是，在實際環境中WSN易受到多種不同形式的攻擊，這將不同程度的影響定位過程的準確度，甚至使定位信息完全失去意義。所以定位過程的安全極為重要。

現有的定位算法很多，如GPS定位方法，但其設備昂貴，使用成本過高，室內收不到衛星信號，不利于大規模的布置節點監測。由于RF容易受到噪聲和障礙物的干擾，測量結果的誤差特別大，利用RSSI（Received?Signal?Strength?Indicator，接收信號強度顯示）的衰減模型來計算節點之間的距離不能適用于室內環境。目前，針對無線傳感器網絡采用基于RSSI的KNN定位方法較為有效，由于WSN節點的通信距離處在過渡區域，覆蓋面積有限，無線通信鏈路受到墻壁，天花板，以及人體移動等環境的影響，造成個別節點通信不穩定；此外，該方法還受節點硬件（由于噪聲的影響導致發射功率波動）和相關環境因素（例如：障礙物的移動）等的影響，會使得接收到的RSSI值發生抖動，與原位置指紋產生嚴重偏差，所以在基于KNN定位過程中，會導致定位最終結果呈現抖動，定位精度嚴重降低。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于WSN的室內定位方法，用于解決現有技術中由于節點硬件和相關環境因素造成的接收RSSI隨機波動和由于節點數據鏈路和障礙物等原因無法通訊或者測量到的RSSI異常，從而造成定位精度嚴重降低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于WSN的室內定位方法。

一種基于WSN的室內定位方法，所述基于WSN的室內定位方法包括離線指紋采集和在線定位：所述離線指紋采集包括：在室內區域布置滿足WSN通信要求的錨節點，使在所述室內區域中的任意位置處都能夠接收到足夠多數量的錨節點的信號，完成室內WSN網絡拓撲結構和路由構建；將所述室內區域分割成多個子區域，在各個子區域內設置測試點，采集測試點的指紋，并將所有測試點的指紋及該測試點所屬子區域的類別存儲在數據庫中；所述指紋為多維RSSI向量，即來自多個不同錨節點的信號強度的有序排列；所述在線定位包括：當待定位的移動節點進入所述室內區域中游走時，該待定位的移動節點在任意時刻均收到來自多個錨節點的不同強度的射頻信號，進而獲得所述移動節點在所述室內區域中的任意子區域任意時刻的觀測指紋；對所述待定位的移動節點獲得的自身在任意子區域中任意時刻的觀測指紋進行濾波處理，然后將濾波后的指紋與所述數據庫中的指紋進行對比，進而得出所述待定位的移動節點在室內區域中的具體位置。

優選地，所述WSN通信要求為：所述錨節點在所述室內區域內自組織形成無線傳感器網絡并完成拓撲路由結構初始化，且所述網絡全面覆蓋所述室內區域，所述任意子區域均被足夠數量的錨節點通信覆蓋。

優選地，所述濾波處理包括卡爾曼濾波，對觀測指紋進行濾波處理即對多維RSSI向量進行卡爾曼濾波處理，具體過程為：所述卡爾曼濾波的模型為：