專利名稱：基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的位置定位，更具體地涉及一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)是近幾年出現(xiàn)的比較熱門的一個(gè)課題.隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，Internet方便了人們的生活，并成為人們不可或缺的部分，而通過部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)至目標(biāo)區(qū)域，WSN將改變我們與客觀世界的交互方式.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)是微機(jī)電系統(tǒng)、無(wú)線通信和數(shù)字電子技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)果，而大量廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)，更加速發(fā)展了無(wú)線傳感器的大量應(yīng)用.傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于自組織的系統(tǒng)，是一個(gè)協(xié)同工作的具有感知、采集、處理對(duì)象信息能力的系統(tǒng).但如果不知道傳感器節(jié)點(diǎn)位置而獲得的對(duì)象信息是沒有任何意義的，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)必須明確知道自身位置才能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的定位、跟蹤以及網(wǎng)絡(luò)的路由和管理.因此必須通過相關(guān)的算法和機(jī)制來(lái)首先實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)自身節(jié)點(diǎn)的定位.為實(shí)現(xiàn)自身定位，可將傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分為錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn).錨節(jié)點(diǎn)是已知位置的節(jié)點(diǎn)，未知節(jié)點(diǎn)是需要定位的節(jié)點(diǎn)。中國(guó)專利申請(qǐng)CN101464510公開了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)準(zhǔn)確定位與跟蹤方法，其雖然能夠?qū)崿F(xiàn)一定條件下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位，但是其技術(shù)存在以下不足第一，系統(tǒng)布置有局限性，布置不便利。由于定位方法要求錨節(jié)點(diǎn)布置在規(guī)則四邊形頂點(diǎn)處，對(duì)施工精確度要求很高，同時(shí)對(duì)場(chǎng)地的要求也高，為部署帶來(lái)不小的麻煩要求；第二，定位方法引入了固有誤差。由于規(guī)則四邊形只有4個(gè)頂點(diǎn)，參考節(jié)點(diǎn)數(shù)量固定，而且相對(duì)比較少，定位精度大打折扣，而且沒有太多的方法消除誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，主要是解決現(xiàn)有技術(shù)布置難和定位精度不高的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，所述ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括位置已知的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)、位置未知的待測(cè)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)定位方法包括步驟Al，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)定時(shí)按照指定功率向整個(gè)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播定位信標(biāo)信號(hào)；A2，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)接收所述定位信標(biāo)信號(hào)后，分別計(jì)算出每個(gè)定位信標(biāo)信號(hào)的功率值，并將計(jì)算出的功率值和對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)ID打包成定位數(shù)據(jù)包，發(fā)送給對(duì)應(yīng)的待測(cè)節(jié)占.A3，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將接收到的定位數(shù)據(jù)包整合后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；A4，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將接收到的定位數(shù)據(jù)包傳輸給PC機(jī)進(jìn)行處理，所述PC機(jī)根據(jù)定位數(shù)據(jù)包中的功率值計(jì)算出所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離；
A5，所述PC機(jī)根據(jù)計(jì)算出的待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離計(jì)算出所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。 較佳地，在所述A4步驟中，所述PC機(jī)根據(jù)定位數(shù)據(jù)包中的功率值通過RSSI信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距模型計(jì)算出待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離RSSI=- (10nlog10L+A)其中，RSSI為每個(gè)定位信標(biāo)信號(hào)的功率值，η為信號(hào)傳播常數(shù)，A為距離發(fā)送的待測(cè)節(jié)點(diǎn)I米時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，η和A的實(shí)際值可以通過均值濾波算法實(shí)時(shí)得到；而1^表示待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離。較佳地，在所述步驟Α5中，所述PC機(jī)根據(jù)計(jì)算出的待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，通過極大似然估計(jì)法獲得待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置用(xl，yl)，(x2，y2)，...，(xn, yn)表示η個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，用(Hl，Η2，. . .，Hn)表示η個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的高度，用(LI，L2，. . .，Ln)表示通過RSSI信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距模型計(jì)算出的待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，用(dl, d2，. . .，dn)表示每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)到待測(cè)節(jié)點(diǎn)之間映射到定位區(qū)域坐標(biāo)軸上的距離，用(xD, yD)表示待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，則有
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I ~Xn)2OvI — η )J IyxLl — K, + }!η-1 — Vn + ~ d~n—l y由于合理的線性模型為A(xd，yD)+N=b，其中N為n_l維隨機(jī)誤差向量，得到待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(xD, yD) = (AtA) _1ATb。較佳地，在所述步驟A2中，每個(gè)所述錨節(jié)點(diǎn)接收所述定位信標(biāo)信號(hào)并分別得到每個(gè)定位信標(biāo)信號(hào)的功率值后，利用高斯濾波模型進(jìn)行濾波，經(jīng)過濾波后，功率值的取值范圍為[O. 5 σ + μ , 3. 09 σ +u]其中，
權(quán)利要求
1.一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，所述ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括位置已知的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)、位置未知的待測(cè)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)定位方法包括步驟 Al，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)定時(shí)按照指定功率向整個(gè)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播定位信標(biāo)信號(hào); A2，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)接收所述定位信標(biāo)信號(hào)后，分別計(jì)算出每個(gè)定位信標(biāo)信號(hào)的功率值，并將計(jì)算出的功率值和對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)ID打包成定位數(shù)據(jù)包，發(fā)送給對(duì)應(yīng)的待測(cè)節(jié)點(diǎn)；A3，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將接收到的定位數(shù)據(jù)包整合后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)； A4,所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將接收到的定位數(shù)據(jù)包傳輸給PC機(jī)進(jìn)行處理，所述PC機(jī)根據(jù)定位數(shù)據(jù)包中的功率值計(jì)算出所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離； A5，所述PC機(jī)根據(jù)計(jì)算出的待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離計(jì)算出所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，在所述A4步驟中，所述PC機(jī)根據(jù)定位數(shù)據(jù)包中的功率值通過RSSI信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距建模計(jì)算出待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離RSSI=-(10nlog10L+A) 其中，RSSI為每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)接收定位信標(biāo)信號(hào)后得到的功率值，η為信號(hào)傳播常數(shù)，A為距離發(fā)送的待測(cè)節(jié)點(diǎn)I米時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，η和A的實(shí)際值可以通過均值濾波算法實(shí)時(shí)得到；而L表示待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離。
3.如權(quán)利要求I所述的基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，在所述步驟Α5中，所述PC機(jī)根據(jù)計(jì)算出的待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，通過極大似然估計(jì)法獲得待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)用(xl, yl)，(x2, y2)，. . .，(xn, yn)表示n個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，用(HI, Η2，…，Hn)表示η個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的高度，用(LI, L2，…，Ln)表示通過RSSI信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距模型計(jì)算出的待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，用(dl，d2，. . .，dn)表示每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)到待測(cè)節(jié)點(diǎn)之間映射到定位區(qū)域坐標(biāo)軸上的距離，用(xD，yD)表示待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，則有
4.如權(quán)利要求I所述的基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，在所述步驟A2中，每個(gè)所述錨節(jié)點(diǎn)接收所述定位信標(biāo)信號(hào)并分別得到每個(gè)定位信標(biāo)信號(hào)的功率值后，首先利用高斯濾波模型進(jìn)行濾波，經(jīng)過濾波后，功率值的取值范圍為 [O. 5 σ + μ ,3. 09 σ +u] 其中，
5.如權(quán)利要求I所述的基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，任意定位區(qū)域中至少設(shè)置有三個(gè)所述錨節(jié)點(diǎn)，在所述步驟A3中，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將接收到的定位數(shù)據(jù)包中的功率值進(jìn)行閥值處理后再發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) 設(shè)定閥值為Rresi,而所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)接收到M個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的功率值為RSSIi, i=0, 1，…，M ;X為RSSIi彡Rrssi的個(gè)數(shù)；那么 當(dāng)X > 3時(shí)，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)則整合X個(gè)功率值以及對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)ID后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)； 當(dāng)X < 3時(shí)，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)則將M個(gè)功率值以遞減方式排列，整合前個(gè)RSSI值(「I為向上取整)以及對(duì)應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址ID后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，包括以下步驟A1，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)定時(shí)按照指定功率向整個(gè)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播定位信標(biāo)信號(hào)；A2，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)接收所述定位信標(biāo)信號(hào)后，分別計(jì)算出每個(gè)定位信標(biāo)信號(hào)的功率值，并將計(jì)算出的功率值和對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)ID打包成定位數(shù)據(jù)包，發(fā)送給對(duì)應(yīng)的待測(cè)節(jié)點(diǎn)；A3，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將接收到的定位數(shù)據(jù)包整合后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；A4，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將接收到的定位數(shù)據(jù)包傳輸給PC機(jī)進(jìn)行處理，所述PC機(jī)根據(jù)定位數(shù)據(jù)包中的功率值計(jì)算出所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離；以及A5，所述PC機(jī)根據(jù)計(jì)算出的待測(cè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離計(jì)算出所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102883428SQ20121027963
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者劉凱, 蘇奇志, 陳明波, 王俊, 熊劍剛, 張志丹 申請(qǐng)人:廣州星博信息技術(shù)有限公司