[發(fā)明專利]一種基于RSSI測(cè)距的水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110715054.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN113453149A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常波;張新榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號(hào): H04W4/02
• 分類號(hào): H04W4/02;H04W84/18
• 代理公司: 徐州蘇越知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32543
• 代理人: 劉振祥

一種基于RSSI測(cè)距的水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)定位方法，建立RF通信建模；獲得無線信號(hào)經(jīng)過參考距離d₀后的路徑損耗P_L(d₀)；周期性測(cè)量待定位節(jié)點(diǎn)與其鄰居參考節(jié)點(diǎn)間的接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI，然后利用RF無線信號(hào)傳播模型，計(jì)算出當(dāng)前監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的路徑損耗指數(shù)n；根據(jù)已知參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)參考節(jié)點(diǎn)間的測(cè)量距離與實(shí)際距離進(jìn)行比較，獲得RSSI的相對(duì)測(cè)距誤差；建立監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的距離方程，進(jìn)行進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開，采用加權(quán)最小二乘算法WLS進(jìn)行處理，更新參數(shù)矢量。該方法能有效減少測(cè)距誤差，能使基于RSSI測(cè)距的定位方法適用于各種不同環(huán)境下的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜惡劣和定位成本受限的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于RSSI測(cè)距的水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)定位方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks，WSN)能夠自組織和迅速展開，通過其內(nèi)部眾多的傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作地感知和采集環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，利用其分布式處理和多跳傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)送給終端設(shè)備。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性強(qiáng)和工作壽命長等特點(diǎn)，使得其在湖河環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)測(cè)分析和信息顯示于一體的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠全面、準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以為評(píng)價(jià)、改善環(huán)境水質(zhì)狀況提供有效的依據(jù)。而定位問題是水質(zhì)監(jiān)測(cè)無線網(wǎng)絡(luò)中基本而必不可少的關(guān)鍵問題。

現(xiàn)有技術(shù)中，獲得節(jié)點(diǎn)位置信息的直接方法是應(yīng)用全球定位系統(tǒng)(globalpositioning system，GPS)來進(jìn)行定位，但受水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本和部署環(huán)境等現(xiàn)場(chǎng)限制，實(shí)施過程異常困難，因此對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)定位技術(shù)的研究成為了必要。通常更加合理的解決辦法是，給部分監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)配備GPS獲得坐標(biāo)，作為錨節(jié)點(diǎn)或信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或參考節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)稱為未知節(jié)點(diǎn)或普通節(jié)點(diǎn)或盲節(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)可以在錨節(jié)點(diǎn)位置已知的基礎(chǔ)上通過無線通信采用相應(yīng)定位算法進(jìn)行估算。目前一般將定位算法通常分為兩類，即基于測(cè)距(range-based)定位算法和無需測(cè)距(range-free)定位算法。Range-free測(cè)距算法通信開銷小，但精度較差。到達(dá)時(shí)間(TOA) 和到達(dá)角(AOA)測(cè)距算法通過距離或角度的測(cè)量來獲得較高的定位精度，但成本、計(jì)算量和通信開銷較大。

RSSI(received signal strength indicator)測(cè)距算法通過測(cè)量接收信號(hào)強(qiáng)度，利用RF無線傳播模型獲得監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)間距離的估算，功耗和成本較低。但RF信號(hào)傳播建模受環(huán)境因素影響，需要采取適當(dāng)措施減小測(cè)距誤差。而在現(xiàn)有的定位方法中，并不能有效減少測(cè)距誤差，從而使基于RSSI測(cè)距的定位方法無法適用于各種不同環(huán)境下的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，更無法滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜惡劣和定位成本受限的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于RSSI測(cè)距的水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)定位方法，該方法能有效減少測(cè)距誤差，能使基于RSSI測(cè)距的定位方法適用于各種不同環(huán)境下的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜惡劣和定位成本受限的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位需求。

本發(fā)明提供了一種基于RSSI測(cè)距的水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)定位方法，包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)公式(1)建立RF通信建模；

式中，n為路徑損耗指數(shù)；d₀為信號(hào)傳播參考距離；P_R(d₀)是信號(hào)發(fā)射后d₀處的接收信號(hào)強(qiáng)度，X_σ是均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差范圍4～10的高斯隨機(jī)變量；

步驟二：根據(jù)公式(2)獲得無線信號(hào)經(jīng)過參考距離d₀后的路徑損耗P_L(d₀)；