[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410081895.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN103885030A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒見效;蘆藝;凡時(shí)財(cái);徐紅兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/12
• 分類號(hào): G01S5/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其靈活性、成本低、易于布置等特性，能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確的采集各類信息，而受到越來越廣泛的應(yīng)用。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。目前常用的定位方式為基于距離的定位，測(cè)量節(jié)點(diǎn)間距離或方位時(shí)采用的方法有：到達(dá)時(shí)間TOA(Time?of?Arrive)，到達(dá)時(shí)間差TDOA（Time?Difference?of?Arrival），到達(dá)角度AOA（Angle?of?Arrival），接收信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI（Received?Signal?Strength?Indication）。目前常選擇RSSI值來進(jìn)行跟蹤定位。

無線信號(hào)在傳播過程中隨著傳播距離的增加，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，并且由于信號(hào)的反射、散射、繞射產(chǎn)生多徑現(xiàn)象，信號(hào)的傳播還與天氣及定位場(chǎng)地布置的情況有很大關(guān)系。上述原因造成定位依賴的RSSI值經(jīng)常出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際情況有大幅度偏差，很難取得較高的定位精度。

傳統(tǒng)的定位方法通常只關(guān)注定位本身而不注重對(duì)定位依賴的RSSI值進(jìn)行處理。圖1是傳統(tǒng)定位方法流程圖。如圖1所示，傳統(tǒng)定位方法在取得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到固定節(jié)點(diǎn)的RSSI值后，根據(jù)RSSI值使用無線信號(hào)傳播模型獲取對(duì)應(yīng)的距離，再根據(jù)質(zhì)心法或三邊定位法進(jìn)行移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位。但是，采用無線信號(hào)傳播模型計(jì)算的距離與實(shí)際情況偏差較大，并且在不同的環(huán)境下，模型的參數(shù)都需要進(jìn)行調(diào)整，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較差。不準(zhǔn)確的RSSI值和無線信號(hào)傳播計(jì)算距離是造成定位誤差的主要原因。而且傳統(tǒng)定位算法主要是對(duì)于靜態(tài)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的研究較少，在對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位時(shí)定位精度和實(shí)時(shí)性都很難保證，因此造成傳統(tǒng)定位算法的使用有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位方法，結(jié)合高斯濾波、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來提高定位精確度和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位方法，包括以下步驟：

S1：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位場(chǎng)地中先利用固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)取得N組訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到固定節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI值及二者距離值，采用高斯濾波獲得概率大于等于預(yù)設(shè)概率閾值F的RSSI值；

S2：建立三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中輸入層、隱含層、輸出層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)分別記為I、J、K，將步驟S1中經(jīng)高斯濾波后的RSSI值作為輸入、對(duì)應(yīng)的距離值作為輸出對(duì)三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到RSSI值和距離的關(guān)系模型；

S3：待定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后持續(xù)發(fā)送廣播信號(hào)，所有收到廣播信號(hào)的固定節(jié)點(diǎn)將接收信號(hào)的RSSI值匯集至上位機(jī)；

S4：上位機(jī)為每個(gè)接收到該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)廣播信號(hào)的固定節(jié)點(diǎn)分別保存一個(gè)固定長(zhǎng)度的RSSI值隊(duì)列，隊(duì)列長(zhǎng)度M≥I；當(dāng)接收到固定節(jié)點(diǎn)上傳的新RSSI值時(shí)，先對(duì)此RSSI值以對(duì)應(yīng)RSSI值隊(duì)列為基準(zhǔn)進(jìn)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(duì)列，如果未通過濾波，則舍棄該RSSI值，不更新RSSI值隊(duì)列；

S5：將經(jīng)步驟S4處理的RSSI值隊(duì)列按最新RSSI值樣本從大到小進(jìn)行排列，選擇前三個(gè)RSSI值隊(duì)列，將每個(gè)RSSI值隊(duì)列中最新的I個(gè)樣本輸入步驟S2中訓(xùn)練好的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與三個(gè)對(duì)應(yīng)固定節(jié)點(diǎn)的距離d_a，d_b，d_c；

S6：根據(jù)步驟S5得到的三個(gè)固定節(jié)點(diǎn)的已知坐標(biāo)和固定節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離，采用三點(diǎn)質(zhì)心法計(jì)算得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，完成定位。

進(jìn)一步地，三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層間的轉(zhuǎn)移函數(shù)采用雙極性Sigmoid函數(shù)：

進(jìn)一步地，將步驟S6中得到的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和前兩次定位得到的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行二次質(zhì)心計(jì)算，以該質(zhì)心坐標(biāo)作為本次定位的結(jié)果。

本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位方法，首先采集RSSI值和距離的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)并采用高斯濾波進(jìn)行預(yù)處理，采用預(yù)處理后的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到RSSI值與距離的關(guān)系模型，固定節(jié)點(diǎn)采集待定位移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RSSI值并進(jìn)行動(dòng)態(tài)高斯濾波，將RSSI值輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到對(duì)應(yīng)固定節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離值，根據(jù)固定節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和固定節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離值采用三點(diǎn)質(zhì)心法得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，還可以通過二次質(zhì)心法進(jìn)一步提高定位準(zhǔn)確度。

本發(fā)明具有以下有益效果：