[發明專利]一種無線傳感器網絡中物體定位感知的方法及系統

有效

• 申請號: 201310653097.1
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103607763B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李莉;吳為;陳建亞;劉韻潔
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 陳瀟瀟,肖冰濱

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡，具體地，涉及一種無線傳感器網絡中物體定位感知的方法及系統。

背景技術

無線傳感器網絡越來越多地得到應用，例如用來監測天氣、水文、溫度、濕度、位置等等。現在研究和應用中都非常流行的無線傳感器網絡是物聯網，其在物流企業中得到廣泛的應用以監控貨物的位置。

通過無線傳感器網絡來對物體進行定位感知是無線傳感器網絡的重要應用。在現有的無線傳感器網絡中，所進行的物體定位感知主要是傳感器節點本身的位置定位感知。對于非傳感器節點進入無線傳感器網絡中的定位感知，傳感器節點通過聲波、磁場等特征來偵測是否有目標出現，并進行跟蹤和定位，會導致無線傳感器節點的成本顯著上升。

目前，在無線傳感器網絡中，國內外對目標的定位采用的節點定位機制，包括采用基于信號到達時間（TOA）、基于信號到達的時間差（TDOA）、基于接收信號的強度（RSSI）、基于信號到達的角度（AOA）等幾種方法。

TOA定位方法是采用信號到達時間來測量距離的，是一種基于電波傳輸時間的定位技術。己知信號傳播速度，通過測量信號從發射機傳播到多個接收機所消耗的傳播時間來確定移動用戶的位置。TOA測距的基本思想是測量物體發射信號的到達時間，并且在發射信號中要包含發射時間標記以便接收節點確定發射信號所傳播的距離。為了避免定位點的模糊性，該方法至少需要三個位置的節點參與測量。

TDOA定位法的基本思想是目標物體攜帶超聲波收發器和RF收發器，通過記錄兩種不同信號在兩個節點中的傳播時間差，再考慮兩種信號的傳播速度，由傳播時間差計算得到距離。與TOA方法相比，TDOA不需要時間同步，對時間精度的要求比較低，

RSSI定位方法是采用信號強度來測量距離的。在己知發射功率的情況下，在接收節點測量接收功率，從而計算出信號的傳播損耗，再使用理論或經驗傳播模型將傳播損耗轉化為距離，該技術主要使用RF信號。

AOA算法則是一種估算節點發送信號方向的技術，AOA定位法的基本思想是由兩個或者更多節點發射信號的到達角度來估計目標物體的位置。該方法將距離的測量轉換為角度的測量，通過接收信號到達的方向來計算兩個節點之間的相對方位角，最后通過三角測量法計算目標物體坐標。

無線地下傳感器網絡（WUSN）是指將大部分傳感器節點埋于地下土壤中，以無線電作為通信載體的傳感器網絡。無線地下傳感器網絡具有良好的應用價值，可以用來監測土壤成分、地下動物巢穴、地下建筑物狀況以及地面上物體移動情況等，為農業、環保、科學研究以及安全監控等應用提供有用的信息。為了節約無線傳感器網絡的鋪設成本，并實現對物體定位感知的功能，需要提出一種新的實現方案來解決物體定位感知的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種無線傳感器網絡中物體定位感知的方法及系統，用于實現對無線傳感器網絡中的物體進行定位感知。

為了實現上述目的，本發明提供一種無線傳感器網絡中物體定位感知的方法，該無線傳感器網絡包括傳感器節點、匯聚節點和管理節點，距離所述傳感器節點為1跳的傳感器節點為鄰居節點；該方法包括：傳感器節點接收到管理節點的工作指令后開始向鄰居節點發送探測消息；在傳感器節點根據從所述鄰居節點接收的探測消息判定從第一鄰居節點接收的探測消息的信號強度低于信號強度閾值的情況下，則所述傳感器節點將所述傳感器節點的標識以及所述第一鄰居節點的標識發送至所述匯聚節點或距離所述傳感器節點和所述第一鄰居節點均為一跳的第二鄰居節點，由所述匯聚節點發送至所述管理節點或者由所述第二鄰居節點發送至所述匯聚節點并由所述匯聚節點發送至所述管理節點，以對物體進行定位感知；在傳感器節點根據從所述鄰居節點接收的探測消息判定從鄰居節點接收的探測消息的信號強度不低于信號強度閾值的情況下，則所述傳感器節點向鄰居節點發送探測消息并從鄰居節點接收探測消息。

優選地，在傳感器節點根據從所述鄰居節點接收的探測消息判定從鄰居節點接收的探測消息的信號強度低于信號強度閾值的情況下，所述傳感器節點還將時間信息發送至所述匯聚節點或所述第二鄰居節點，所述時間信息由所述匯聚節點發送至所述管理節點或者由所述第二鄰居節點發送至所述匯聚節點并由所述匯聚節點發送至所述管理節點，所述管理節點根據所述時間信息計算物體運動速度。

優選地，所述傳感器節點分為邊界節點和非邊界節點，位于所述無線傳感器網絡邊界上的節點為邊界節點，位于所述無線傳感器網絡內部的節點為非邊界節點。