[發明專利]一種無線傳感器網絡移動節點的定位方法

在審

• 申請號: 201410081895.6
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103885030A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 鄒見效;蘆藝;凡時財;徐紅兵
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S5/12
• 分類號: G01S5/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡領域，更為具體地講，涉及一種無線傳感器網絡移動節點的定位方法。

背景技術

無線傳感器網絡由于其靈活性、成本低、易于布置等特性，能夠方便、及時、準確的采集各類信息，而受到越來越廣泛的應用。對無線傳感器網絡中的移動節點進行定位是無線傳感器網絡應用的一個重要方面。目前常用的定位方式為基于距離的定位，測量節點間距離或方位時采用的方法有：到達時間TOA(Time?of?Arrive)，到達時間差TDOA（Time?Difference?of?Arrival），到達角度AOA（Angle?of?Arrival），接收信號強度指示RSSI（Received?Signal?Strength?Indication）。目前常選擇RSSI值來進行跟蹤定位。

無線信號在傳播過程中隨著傳播距離的增加，信號強度會逐漸減弱，并且由于信號的反射、散射、繞射產生多徑現象，信號的傳播還與天氣及定位場地布置的情況有很大關系。上述原因造成定位依賴的RSSI值經常出現不準確的情況，測量結果與實際情況有大幅度偏差，很難取得較高的定位精度。

傳統的定位方法通常只關注定位本身而不注重對定位依賴的RSSI值進行處理。圖1是傳統定位方法流程圖。如圖1所示，傳統定位方法在取得移動節點到固定節點的RSSI值后，根據RSSI值使用無線信號傳播模型獲取對應的距離，再根據質心法或三邊定位法進行移動節點定位。但是，采用無線信號傳播模型計算的距離與實際情況偏差較大，并且在不同的環境下，模型的參數都需要進行調整，對環境的適應能力較差。不準確的RSSI值和無線信號傳播計算距離是造成定位誤差的主要原因。而且傳統定位算法主要是對于靜態的節點進行定位，對移動節點的研究較少，在對移動節點進行定位時定位精度和實時性都很難保證，因此造成傳統定位算法的使用有很大的局限性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種無線傳感器網絡移動節點的定位方法，結合高斯濾波、BP神經網絡來提高定位精確度和對環境的適應能力。

為實現上述發明目的，本發明無線傳感器網絡移動節點的定位方法，包括以下步驟：

S1：在無線傳感器網絡定位場地中先利用固定節點和移動節點取得N組訓練樣本數據，包括移動節點到固定節點的接收信號強度RSSI值及二者距離值，采用高斯濾波獲得概率大于等于預設概率閾值F的RSSI值；

S2：建立三層BP神經網絡，其中輸入層、隱含層、輸出層的神經元個數分別記為I、J、K，將步驟S1中經高斯濾波后的RSSI值作為輸入、對應的距離值作為輸出對三層BP神經網絡進行訓練，得到RSSI值和距離的關系模型；

S3：待定位的移動節點進入無線傳感器網絡后持續發送廣播信號，所有收到廣播信號的固定節點將接收信號的RSSI值匯集至上位機；

S4：上位機為每個接收到該移動節點廣播信號的固定節點分別保存一個固定長度的RSSI值隊列，隊列長度M≥I；當接收到固定節點上傳的新RSSI值時，先對此RSSI值以對應RSSI值隊列為基準進行高斯濾波，如果通過濾波，則將該RSSI值作為最新樣本更新至RSSI值隊列，如果未通過濾波，則舍棄該RSSI值，不更新RSSI值隊列；

S5：將經步驟S4處理的RSSI值隊列按最新RSSI值樣本從大到小進行排列，選擇前三個RSSI值隊列，將每個RSSI值隊列中最新的I個樣本輸入步驟S2中訓練好的三層BP神經網絡，得到移動節點與三個對應固定節點的距離d_a，d_b，d_c；

S6：根據步驟S5得到的三個固定節點的已知坐標和固定節點與移動節點的距離，采用三點質心法計算得到移動節點的坐標，完成定位。

進一步地，三層BP神經網絡各層間的轉移函數采用雙極性Sigmoid函數：

進一步地，將步驟S6中得到的移動節點坐標和前兩次定位得到的移動節點坐標進行二次質心計算，以該質心坐標作為本次定位的結果。

本發明無線傳感器網絡移動節點的定位方法，首先采集RSSI值和距離的訓練樣本數據并采用高斯濾波進行預處理，采用預處理后的訓練樣本數據對BP神經網絡進行訓練得到RSSI值與距離的關系模型，固定節點采集待定位移動節點的RSSI值并進行動態高斯濾波，將RSSI值輸入BP神經網絡得到對應固定節點與移動節點的距離值，根據固定節點坐標和固定節點與移動節點的距離值采用三點質心法得到移動節點坐標，還可以通過二次質心法進一步提高定位準確度。

本發明具有以下有益效果：