[發(fā)明專利]一種基于無線定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310045942.7
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103079270A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭曉雷;秘建寧;張宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W52/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于無線定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知方法，屬于無線通訊節(jié)點(diǎn)聚集感知技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著無線通訊、微機(jī)電系統(tǒng)、數(shù)字電子等技術(shù)的發(fā)展，各種移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用呈現(xiàn)出高速增長的態(tài)勢，目前最廣泛應(yīng)用的有手機(jī)網(wǎng)絡(luò)（如GSM、CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TD-LTE等）、WLAN和各類Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)除了提供最基本的無線通信和網(wǎng)絡(luò)接入功能外，還衍生出多種典型應(yīng)用，例如無線定位、空中支付、目標(biāo)跟蹤、智能家居、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、物流調(diào)配、工業(yè)控制、安全警戒等。

移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知技術(shù)作為無線網(wǎng)絡(luò)研究的一項(xiàng)新內(nèi)容，對于無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的豐富和擴(kuò)展有著重要的意義。例如，在公共安全領(lǐng)域，利用手機(jī)與使用者普遍存在的“人機(jī)一體”現(xiàn)象，基于手機(jī)聚集感知技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對重要場所人群的實(shí)時(shí)監(jiān)測和有效管理，自動(dòng)判斷人群聚集情況并及早發(fā)現(xiàn)人群行為異常的預(yù)兆，從而及時(shí)采取解決措施，避免災(zāi)禍的發(fā)生；在城市交通管理領(lǐng)域，結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，道路上行駛的每輛車可以看做是一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這樣車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知技術(shù)可用于道路交通流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)擁堵路段，協(xié)助交通管理部門進(jìn)行交通疏導(dǎo)，并可為駕駛員提供合理行車路線；在生物習(xí)性研究中，研究人員將特定的傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在研究對象上，通過節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)作組成移動(dòng)傳感網(wǎng)（一種特殊的Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)），這樣通過判定傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的聚集狀態(tài)可以迅速確定生物種群的棲息地點(diǎn)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測種群的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和各種生理信息。上述應(yīng)用中，行人、車輛和動(dòng)物本質(zhì)上都是無線節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)載體，它們聚集狀態(tài)的確定和評估可通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

目前，關(guān)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集狀態(tài)感知的傳統(tǒng)方法主要有人工統(tǒng)計(jì)、機(jī)械統(tǒng)計(jì)、電子計(jì)數(shù)、射頻識別等，但這些方法普遍存在應(yīng)用范圍受限、實(shí)時(shí)性較差、系統(tǒng)建設(shè)成本高等問題，尤其不適用于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多和目標(biāo)區(qū)域開放的情況。近年來，基于圖像識別的群體密度識別方法逐漸興起，理論上這種方法可以實(shí)現(xiàn)群體密度全天時(shí)和全覆蓋統(tǒng)計(jì)，但這種方法受環(huán)境條件的影響較大（例如晚間判定效果較差甚至誤判），且存在選點(diǎn)布控復(fù)雜、設(shè)施投資較大、實(shí)時(shí)性差、計(jì)算復(fù)雜度高等問題，這種方法的工程化應(yīng)用前景尚不明朗。因此，亟需尋找一種實(shí)時(shí)的、高效的且成本較低的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知方法，滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θ后w聚集狀態(tài)監(jiān)控的需求。

發(fā)明內(nèi)容

1、目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于無線定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知方法，通過中心節(jié)點(diǎn)集中式估計(jì)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并采用網(wǎng)格劃分和密度聚類方式搜索目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)聚集簇，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集狀態(tài)的自動(dòng)感知。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明一種基于無線定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知方法，它通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)：

步驟一、初始化無線定位系統(tǒng)；

無線定位初始階段，中心節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送定位命令數(shù)據(jù)幀，此命令數(shù)據(jù)幀中包含校準(zhǔn)時(shí)間t₀和測距允許時(shí)間Δt，Δt取大于0的實(shí)數(shù)；

步驟二、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)測量自身到自身感知范圍內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離，并將測距信息發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)；

信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的定位命令數(shù)據(jù)幀后，將自身系統(tǒng)時(shí)間設(shè)為t₀，并向網(wǎng)絡(luò)中廣播包含自身ID的請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀；在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)感知范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀后發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)幀進(jìn)行應(yīng)答，每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在t₀+Δt時(shí)間段內(nèi)接收移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)自身收到的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀測量自身到相應(yīng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離；當(dāng)測距過程結(jié)束之后，每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將其收集到的測距信息發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)；所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)是指自身位置坐標(biāo)已知并能測量自身到相鄰節(jié)點(diǎn)距離的無線節(jié)點(diǎn)；

步驟三、中心節(jié)點(diǎn)集中式計(jì)算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的測距信息，集中式計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

具體步驟為：

①對于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M_a，a為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的ID，a=1,2,…,A，A為目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)量，取自然數(shù)，中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)N_i(i＝1,2,…n)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)N_a的測量距離d_ai(i=1,2,…n)，n為自然數(shù)，建立如下有偏最小二乘模型：