專利名稱：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置，尤其涉及一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置。
現(xiàn)有技術(shù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的定位算法一般分為基于距離的定位算法和與距離無(wú)關(guān)的定位算法?；诰嚯x的定位算法主要是通過(guò)測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位信息，然后使用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法或極大似然估計(jì)法來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。距離無(wú)關(guān)的定位算法主要是利用節(jié)點(diǎn)之間的連通性、相對(duì)位置或特定的協(xié)議估計(jì)距離來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。在基于距離的定位算法中，主要通過(guò)到達(dá)時(shí)間(TOA)法、到達(dá)時(shí)間差(TDOA)、到達(dá)角度(AOA)法和接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)法等方法測(cè)量節(jié)點(diǎn)間距或方位?；诘竭_(dá)時(shí)間(TOA)法、到達(dá)時(shí)間差(TDOA) 等定位的方法，在獲得較高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，有較好的定位精度，但由于需要各個(gè)定位節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行時(shí)間同步，在實(shí)現(xiàn)上帶來(lái)一定的復(fù)雜性?；诘竭_(dá)角度(AOA)法的定位方法，由于需要天線能獲得較好的到達(dá)信號(hào)角度的數(shù)據(jù)，設(shè)備也是比較復(fù)雜的，同時(shí)也帶來(lái)較高的成本。距離無(wú)關(guān)的定位算法則一般是通過(guò)大致估計(jì)的單跳距離來(lái)進(jìn)行定位，使得定位精度并不高?；赗SSI的定位方法中，微軟公司開(kāi)發(fā)的RADAR系統(tǒng)是一個(gè)典型的例子，該系統(tǒng)利用根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域中部署的多個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，利用信號(hào)傳播的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ蛢煞N模型來(lái)測(cè)量節(jié)點(diǎn)距離，以獲得節(jié)點(diǎn)位置信息。考慮到道路、隧道、管道和線路等特殊地方的監(jiān)控應(yīng)用，一些研究者將基于RSSI值的測(cè)距法從二維的平面定位算法轉(zhuǎn)化為一維的直線定位算法，簡(jiǎn)化了算法復(fù)雜度，提高了定位精度。RADAR系統(tǒng)和一維直線定位算法都是直接采用RSSI值來(lái)測(cè)距和定位，并未考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和信號(hào)衰弱隨機(jī)性導(dǎo)致的RSSI值的變化和誤差，也未進(jìn)行修正。因此，它們?cè)诰S持方法簡(jiǎn)單性的同時(shí)，也存在定位精度不高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置，以通過(guò)錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)修正初步定位結(jié)果，減小定位誤差，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的精度。本定位方法包括如下步驟步驟1、確定侍定位節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域內(nèi)的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)；步驟2、錨節(jié)點(diǎn)通過(guò)定位測(cè)試信號(hào)獲得該錨節(jié)點(diǎn)與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離，并發(fā)送該測(cè)量距離；步驟3、待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)獲得其與錨節(jié)點(diǎn)的初步測(cè)量距離， 待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己存儲(chǔ)的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)之間的理論距離，將理論距離和收到的測(cè)量距離進(jìn)行比較，計(jì)算出錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離與錨節(jié)點(diǎn)之間理論距離的修正因子；
步驟4、根據(jù)修正因子計(jì)算所述侍定位節(jié)點(diǎn)與各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離；步驟5、根據(jù)修正距離，利用三角測(cè)量法得到侍定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。進(jìn)一步地，在待定位節(jié)點(diǎn)的通信區(qū)域中，存在多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的話，待定位節(jié)點(diǎn)只取收到定位測(cè)試信號(hào)RSSI值最大的3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位裝置，包括設(shè)于侍定位節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域內(nèi)的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)；測(cè)量距離計(jì)算模塊，通過(guò)定位測(cè)試信號(hào)獲得該錨節(jié)點(diǎn)與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離， 并發(fā)送該測(cè)量距離。修正因子計(jì)算模塊，待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)獲得其與錨節(jié)點(diǎn)的初步測(cè)量距離，待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己存儲(chǔ)的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)之間的理論距離， 將理論距離和收到的測(cè)量距離進(jìn)行比較，計(jì)算出錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離與錨節(jié)點(diǎn)之間理論距離的修正因子，修正距離計(jì)算模塊、根據(jù)修正因子計(jì)算所述侍定位節(jié)點(diǎn)與各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離；位置坐標(biāo)計(jì)算模塊、根據(jù)修正距離，利用三角測(cè)量法得到侍定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算與錨節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)試距離和理論距離有關(guān)的修正因子，對(duì)待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)試距離進(jìn)行修正，來(lái)提高待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間距離的準(zhǔn)確度， 進(jìn)而提高定位精度。


圖1是本發(fā)明的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距2是本發(fā)明的二次信號(hào)發(fā)送示意圖
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，現(xiàn)結(jié)合圖例以一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。在一個(gè)典型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，有少量已定位的節(jié)點(diǎn)(稱為錨節(jié)點(diǎn))和大量的待定位的節(jié)點(diǎn)。錨節(jié)點(diǎn)通過(guò)特定部署或GPS等方法，能夠?qū)ψ约哼M(jìn)行精確的位置坐標(biāo)，待定位節(jié)點(diǎn)則對(duì)自己的位置未知，必須通過(guò)與多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)通過(guò)定位方法來(lái)獲得自己的坐標(biāo)，稱為自定位過(guò)程。本發(fā)明定位方法的具體具體實(shí)施例過(guò)程如下1、假設(shè)待定位節(jié)點(diǎn)的通信區(qū)域中，有多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，如圖1所示，節(jié)點(diǎn)χ為待定位節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)A、B、C、D為錨節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)定位過(guò)程中，錨節(jié)點(diǎn)總共發(fā)送二次定位測(cè)試信號(hào)。錨節(jié)點(diǎn)定位測(cè)試信號(hào)的二次發(fā)送過(guò)程如圖2所示。在圖2中，Sl和S2分別表示錨節(jié)點(diǎn)第一次和第二次發(fā)送定位測(cè)試信號(hào)周期。在Sl時(shí)間內(nèi)，錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送定位測(cè)試信號(hào)，同時(shí)接收其他錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)，并計(jì)算自己與其他錨節(jié)點(diǎn)的距離，記為測(cè)量距離；在S2時(shí)間內(nèi)，各錨節(jié)點(diǎn)除發(fā)送定位測(cè)試信號(hào)外，同時(shí)發(fā)送自己與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離；2、待定位節(jié)點(diǎn)收到各錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)后，計(jì)算自己到各錨節(jié)點(diǎn)的距離；同時(shí)讀出各錨節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)量距離；
3、待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己存儲(chǔ)的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)之間的理論距離，將理論距離和收到的測(cè)量距離進(jìn)行比較，計(jì)算出錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離與錨節(jié)點(diǎn)之間理論距離的修正因子，修正因子的計(jì)算過(guò)程如III所示。根據(jù)該修正因子修正自己到各錨節(jié)點(diǎn)的修正距
1 O4、最后根據(jù)修正距離，利用三角測(cè)量法，計(jì)算自己的坐標(biāo)，進(jìn)行定位。5、在待定位節(jié)點(diǎn)的通信區(qū)域中，存在多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的話，待定位節(jié)點(diǎn)只取收到定位測(cè)試信號(hào)RSSI值最大的3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)閳D1所示的四個(gè)錨節(jié)點(diǎn)中，與待定位節(jié)點(diǎn)的距離錨節(jié)點(diǎn)D要大于其他三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，一般情況下，錨節(jié)點(diǎn)D到達(dá)待定位節(jié)點(diǎn)的 RSSI值也會(huì)小于其他三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。因此，以上的計(jì)算過(guò)程只取錨節(jié)點(diǎn)ABC。III、修正因子的算法如下以待定位節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域中正好有三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)A、B、C為例，錨節(jié)點(diǎn)ABC各自的理論距離為 ABO，ACO，BCO ；錨節(jié)點(diǎn)第一輪發(fā)送定位測(cè)試信號(hào)得到的測(cè)試距離分別為AB1，ACl, BCl, AB2, AC2， BC2 ；待定位節(jié)點(diǎn)與個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的初步測(cè)試距離分別為DA，DB, DC ；則可計(jì)算得到各錨節(jié)點(diǎn)之間的修正因子分別為AB 的修正因子 xAB = ((ΑΒ1+ΑΒ2) / (ABO)) "2AC 的修正因子 xAC = ((AC1+AC2) / (ACO)) "2BC 的修正因子 xBC = ((BC1+BC2) / (BCO)) "2對(duì)待定位節(jié)點(diǎn)的修正因子為χ = (xAB+xAC+xBC) /3則可計(jì)算得到待定位節(jié)點(diǎn)至各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離分別為待定位節(jié)點(diǎn)至錨節(jié)點(diǎn)A的修正距離為DA' = DA/(χ) "0. 5待定位節(jié)點(diǎn)至錨節(jié)點(diǎn)B的修正距離為DB' =DB/(χ) "0.5待定位節(jié)點(diǎn)至錨節(jié)點(diǎn)C的修正距離為DC' = DC/(χ) "0. 5同時(shí)，本發(fā)明還提供一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位裝置，包括設(shè)于侍定位節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域內(nèi)的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)；測(cè)量距離計(jì)算模塊，通過(guò)定位測(cè)試信號(hào)獲得該錨節(jié)點(diǎn)與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離， 并發(fā)送該測(cè)量距離。修正因子計(jì)算模塊，待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)獲得其與錨節(jié)點(diǎn)的初步測(cè)量距離，待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己存儲(chǔ)的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)之間的理論距離， 將理論距離和收到的測(cè)量距離進(jìn)行比較，計(jì)算出錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離與錨節(jié)點(diǎn)之間理論距離的修正因子，修正距離計(jì)算模塊、根據(jù)修正因子計(jì)算所述侍定位節(jié)點(diǎn)與各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離；位置坐標(biāo)計(jì)算模塊、根據(jù)修正距離，利用三角測(cè)量法得到侍定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。本發(fā)明根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)試距離和理論距離，根據(jù)測(cè)試距離和理論距離的誤差，來(lái)估計(jì)短時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)RSSI值的影響。然后根據(jù)這種誤差計(jì)算出測(cè)試距離的修正因子，對(duì)待定位節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)試距離進(jìn)行修正，來(lái)修正網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)RSSI值的影響，最終獲得更準(zhǔn)確的待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，提高節(jié)點(diǎn)的定位精度。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1、確定侍定位節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域內(nèi)的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)；步驟2、錨節(jié)點(diǎn)通過(guò)定位測(cè)試信號(hào)獲得該錨節(jié)點(diǎn)與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離，并發(fā)送該測(cè)量距離；步驟3、待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)獲得其與錨節(jié)點(diǎn)的初步測(cè)量距離，待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己存儲(chǔ)的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)之間的理論距離，將理論距離和收到的測(cè)量距離進(jìn)行比較，計(jì)算出錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離與錨節(jié)點(diǎn)之間理論距離的修正因子； 步驟4、根據(jù)修正因子計(jì)算所述侍定位節(jié)點(diǎn)與各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離； 步驟5、根據(jù)修正距離，利用三角測(cè)量法得到侍定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于， 在待定位節(jié)點(diǎn)的通信區(qū)域中，存在多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的話，待定位節(jié)點(diǎn)只取收到定位測(cè)試信號(hào) RSSI值最大的3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于， 步驟3中錨節(jié)點(diǎn)總共發(fā)送二次定位測(cè)試信號(hào)，錨節(jié)點(diǎn)第一次發(fā)送定位測(cè)試信號(hào)時(shí)，同時(shí)接收其他錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)，并計(jì)算自己與其他錨節(jié)點(diǎn)的距離，記為測(cè)量距離；錨節(jié)點(diǎn)第二次發(fā)送定位測(cè)試信號(hào)時(shí)，還同時(shí)發(fā)送自己與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于， 所述各錨節(jié)點(diǎn)間修正因子的計(jì)算方法為AB 的修正因子 xAB = ((ΑΒ1+ΑΒ2) / (ABO)) "2 AC 的修正因子 xAC = ((AC1+AC2) / (ACO)) "2 BC 的修正因子 xBC = ((BC1+BC2) / (BCO)) "2所述A、B、C為區(qū)域內(nèi)的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，錨節(jié)點(diǎn)ABC各自的理論距離為ABO，ACO, BCO ；錨節(jié)點(diǎn)第一輪發(fā)送定位測(cè)試信號(hào)得到的測(cè)試距離分別為AB1，ACl, BCl, AB2, AC2，BC2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于， 待定位節(jié)點(diǎn)的修正因子為χ = (xAB+xAC+xBC)/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于， 待定位節(jié)點(diǎn)至各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離的計(jì)算方法為待定位節(jié)點(diǎn)至錨節(jié)點(diǎn)A的修正距離為DA' = DA/(χ) "0. 5 待定位節(jié)點(diǎn)至錨節(jié)點(diǎn)B的修正距離為DB' = DB/(χ) "0. 5 待定位節(jié)點(diǎn)至錨節(jié)點(diǎn)C的修正距離為DC' = DC/(χ) "0. 5 其中DA、DB、DC分別為侍定位節(jié)點(diǎn)與各錨節(jié)點(diǎn)之間的初步測(cè)試距離。
7.一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位裝置，包括 設(shè)于侍定位節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域內(nèi)的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)；測(cè)量距離計(jì)算模塊，通過(guò)定位測(cè)試信號(hào)獲得該錨節(jié)點(diǎn)與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離，并發(fā)送該測(cè)量距離；修正因子計(jì)算模塊，待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)的定位測(cè)試信號(hào)獲得其與錨節(jié)點(diǎn)的初步測(cè)量距離，待定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己存儲(chǔ)的錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出各錨節(jié)點(diǎn)之間的理論距離，將理論距離和收到的測(cè)量距離進(jìn)行比較，計(jì)算出錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離與錨節(jié)點(diǎn)之間理論距離的修正因子，修正距離計(jì)算模塊、根據(jù)修正因子計(jì)算所述侍定位節(jié)點(diǎn)與各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離； 位置坐標(biāo)計(jì)算模塊、根據(jù)修正距離，利用三角測(cè)量法得到侍定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于信號(hào)強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置，其中所述的方法包括如下步驟步驟1、確定侍定位節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域內(nèi)的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)；步驟2、錨節(jié)點(diǎn)通過(guò)定位測(cè)試信號(hào)獲得該錨節(jié)點(diǎn)與其他錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離，并發(fā)送該測(cè)量距離；步驟3、計(jì)算錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離與錨節(jié)點(diǎn)之間理論距離的修正因子；步驟4、根據(jù)修正因子計(jì)算所述侍定位節(jié)點(diǎn)與各錨節(jié)點(diǎn)的修正距離；步驟5、根據(jù)修正距離，利用三角測(cè)量法得到侍定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算與錨節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)試距離和理論距離有關(guān)的修正因子，對(duì)待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)試距離進(jìn)行修正，來(lái)提高待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間距離的準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高定位精度。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102395198SQ201110346410
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者孫強(qiáng), 范光宇 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院