[發明專利]一種基于RSSI的無線傳感網絡節點定位方法

有效

• 申請號: 201210577409.0
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103582118A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 丁建寧;張利;郭立強;雷益;程廣貴;凌智勇;張忠強
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04B17/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及無線傳感技術和無線傳感網絡定位技術領域，具體涉及一種基于RSSI的無線傳感網絡節點定位方法。

背景技術

???無線傳感網絡經歷了智能傳感器、無線智能傳感器、無線傳感器網絡三個階段。現代意義的無線傳感網絡技術，以其低成本、低功耗、分布式和自組織的特點在信息感知領域起到了重要的作用。由于網絡的隨機性部署與動態拓撲結構決定了傳感器節點位置的未知性，然而傳感器節點所采集的數據必須結合其自身的地理位置信息才有意義。應用于實際監測與控制場合，觀測人員通過節點位置信息，可以選擇最短路由來傳遞信息，從而節省了能量，又滿足了低功耗的要求。另外，信息的無線傳輸是無線傳感網絡消耗能量的主要原因，根據節點的位置信息，選擇特定區域的傳感器節點來獲取特定區域的信息，這樣可以降低網絡系統的功耗，延長整個網絡系統的生命周期。這些都充分說明了定位在無線傳感網絡的重要性，最近十幾年來，一系列的定位算法和定位系統應運而生。如質心（sentroid）定位算法、DV-hop算法、Amorphous定位算法、APIT算法、CBA（Concentric?Anchor-Beacons）定位算法、Sequence-Based定位算法等等，但同樣也面臨著諸多問題，目前卻很難找到一種適用于節點不均勻性分布的條件下，減少通信開銷、降低功耗的同時獲得較高定位精度的算法，而且目前的定位算法是應用在一種理想的節點分布結構區域的算法，這種算法需要額外的硬件設備支持。

其中DV-hop算法是由DragNiculescu等人提出的一種分布式定位算法。其基本思想：首先是網絡中的各個節點收集到各信標節點的最小跳數，信標節點向鄰居節點廣播自身位置信息的數據包,?其中包括跳數信息,?且將該初值設為0。接收節點只記錄到每個信標節點的最小跳數,忽略來自同一個信標節點的所有較大跳數的數據包,?然后將具有最小跳數的數據包跳數值加1后轉發給鄰居節點。然后信標節點根據最小跳數和到其它的信標節點的距離計算出網絡平均每跳距離，再把網絡平均每跳距離和最小跳數的乘積作為未知節點到參考節點之間的估計距離值，最后利用最小二乘法法獲得未知節點的位置。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的實際部署中節點分布的不均勻性，無線傳感網絡節點定位方法精度不高以及傳統算法對節點分布不均勻性的敏感性問題，結合現有DV-hop定位算法，提供一種基于RSSI的無線傳感網絡節點定位方法，該方法具有低功耗、低成本的優點，且在節點不均勻性分布的條件下仍能達到應用要求的高定位精度。

本發明采用的方案是基于節點接收信號強度值（RSSI），利用“距離—損耗”模型，建立一種新的跳數計算方法，設置最大跳數門限值來去除一些失真數據，從而得到改進的DV-hop定位算法。新的跳數計算機制進一步逼近網絡節點通信的實際路徑，更為客觀的反映節點分布的實際情況，來減小鄰居節點間有著不同距離而都被視為一跳的距離所帶來的累計誤差，從而達到提高定位精度的目的。

針對節點分布不均勻的網絡，本發明算法通過連通性信息以及信號能量信息，構建能夠反映兩節點間距離大小的跳數計算方法，提高定位的精確度，避免傳統算法對網絡節點不均勻分布的敏感性問題。在計算上，對于網絡中的每個接收節點的接收信號強度值（RSSI），根據新建立的跳數計算方法，均可計算出此對節點間信息傳遞的跳數。原算法中接收節點在跳數加1后繼續投遞數據包，而改進的算法中接收節點計算出此次傳遞的跳數????????????????????????????????????????????????后，跳數加上后繼續投遞數據包，這樣最小跳數同樣可以獲得，同時去除一些失真數據，而不改變DV-hop定位算法的其它定位過程。其定位方法具體包括以下步驟：

建立新的跳數計算方法，在信息的廣播過程中，使網絡中每個節點都得到到各個信標節點的最小跳數值。

去除部分失真的最小跳數值，避免其參入定位計算，然后通過平均每跳距離和最小跳數值來計算未知節點到每個信標節點的距離值。

根據未知節點到一些信標節點的距離值，采用最小二乘法來計算未知節點的坐標。一種基于RSSI的無線傳感網絡節點定位方法，?具體包括以下幾步：

第一步，建立新的跳數計算方法，引入傳播損耗模型，其中d為兩相鄰節點間的距離；是接收節點的RSSI；為初始參考距離；是以為參考距離的信號接收強度；為路徑損耗系數；取決于周圍環境的類型；是以0為均值，以為方差的正態分布隨機變量；