專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位領(lǐng)域，特別是一種基于濾波算法和CSS(Chirp Spread Spectrum,線性調(diào)頻擴(kuò)頻)測距模型的 WSN (Wireless Sensor Network,無線傳感器網(wǎng)絡(luò))節(jié)點(diǎn)定位方法。
背景技術(shù)：
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)的眾多應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息是至關(guān)重要的，因?yàn)闆]有節(jié)點(diǎn)位置信息的監(jiān)測數(shù)據(jù)往往是沒有意義的。節(jié)點(diǎn)自身的精確定位是提供監(jiān)測事件位置信息的前提，也是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)定位、軌跡跟蹤預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂埔约熬W(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法根據(jù)是否需要測距分為:基于測距的定位方法和無需測距的定位方法。基于測距的定位方法有:基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位和基于RSSI的定位。其中，基于TOA的定位需要嚴(yán)格的節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步，很難應(yīng)用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位；基于TDOA的定位受限于超聲波傳輸距離和非直視路徑問題；基于AOA的定位需要額外的硬件，在硬件尺寸和功耗上很難滿足實(shí)際應(yīng)用；基于RSSI的定位符合低功率、低成本的要求，但是具有較大的定位誤差。無需測距的定位方法如質(zhì)心算法、DV-Hop (Distance Vector-Hop)等,具有低成本、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn),但是存在測距誤差累積問題，同時(shí)定位誤差也較大。最近，線性調(diào)頻擴(kuò)頻(ChirpSpread Spectrum, CSS)技術(shù)被 IEEE802.15.4a 標(biāo)準(zhǔn)所采納，成為一種應(yīng)用于WSN節(jié)點(diǎn)定位的新型技術(shù)。該技術(shù)不僅支持低的能量消耗，還支持精確測距，非常適合應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位。但是該技術(shù)應(yīng)用于WSN節(jié)點(diǎn)定位仍存在以下問題亟需解決:(1)由于周圍惡劣環(huán)境對無線信號(hào)的影響，CSS測距樣本存在隨機(jī)測量噪聲和異常測距點(diǎn)污染問題，嚴(yán)重惡化了測距精度；(2)由于傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限，如何設(shè)計(jì)簡單高效的濾波算法提高定位性能是一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，包含了以下幾個(gè)步驟:建立直角坐標(biāo)系，獲得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置信息；并通過距離矢量交換協(xié)議，使待定位節(jié)點(diǎn)獲得網(wǎng)絡(luò)中錨節(jié)點(diǎn)的ID、位置坐標(biāo)以及相應(yīng)的跳數(shù)，并建立對應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)信息表；錨節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中自身位置已知的節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)中的待定位節(jié)點(diǎn)查詢自身的錨節(jié)點(diǎn)信息表，當(dāng)其I跳范圍內(nèi)具有的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于或者等于3個(gè)時(shí)，該待定位節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)測距，獲得待定位節(jié)點(diǎn)與各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的測距樣本；
設(shè)計(jì)投票-平均聯(lián)合濾波算法對測距樣本進(jìn)行處理，并建立CSS測距模型來獲得待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的精確測距信息。本發(fā)明利用CSS 技術(shù)(可以參見 H.-S.Ahn，H.Hur，W.-S.Choi，One-way RangingTechnique for CSS-based Indoor Localization, IEEE International Conference onIndustrial Informatics, Daejeon, Korea, 2008.)多次測量自身與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，獲
得N個(gè)測距樣本，用{df, I S k < iV}表示，其中表示該待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)j之間第k次
測距樣本。步驟三中所述的投票-平均聯(lián)合濾波算法包括如下步驟:(I)利用式(I)求取N個(gè)測距樣本的樣本均值μ ；
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 建立直角坐標(biāo)系，獲得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；通過距離矢量交換協(xié)議，使待定位節(jié)點(diǎn)獲得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有錨節(jié)點(diǎn)的ID、位置坐標(biāo)以及待定位節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)，待定位節(jié)點(diǎn)建立對應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)信息表； 待定位節(jié)點(diǎn)查詢自身的錨節(jié)點(diǎn)信息表，當(dāng)其I跳范圍內(nèi)具有的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于或者等于3個(gè)時(shí)，該待定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測距，獲得待定位節(jié)點(diǎn)與各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的測距樣本； 使用投票平均聯(lián)合濾波算法對測距樣本進(jìn)行處理，并建立CSS測距模型獲得待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的準(zhǔn)確測距信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，待定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測距，獲得待定位節(jié)點(diǎn)與各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的測距樣本包括:利用CSS技術(shù)N次測量待定位節(jié)點(diǎn)自身與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，獲得N個(gè)測距樣本，用{df, l<fc< ΛΤ}表示，其中df表示該待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)j之間第k次測距樣本。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述的使用投票平均聯(lián)合濾波算法對測距樣本進(jìn)行處理包括如下步驟: 利用下式求取N個(gè)測距樣本的樣本均值μ: dj+dj+…+dfFN’ 設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)差σ，投 票模型采用高斯概率分布函數(shù)，通過下式計(jì)算每個(gè)測距樣本的投票概率P(dj 1 (個(gè)卩).)= 士-1, 設(shè)定置信值λ，對測距樣本進(jìn)行投票，當(dāng)測距樣本的投票概率POf |μ)小于置信值λ時(shí)，就拋棄該測距樣本，否則就保留，保留下的測距樣本數(shù)用M表示； 然后對保留下的m個(gè)測距樣本按照下式進(jìn)行平均濾波，獲得測距估計(jì)值.1 M ^' = μΣ^'° k=l
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述的CSS測距模型是: clj — k) dj =-- ] kt 其中:^表示待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)j之間的測距估計(jì)值，&和k2為CSS測距模型的斜率參數(shù)和截距參數(shù)，dj為待求取的待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)j之間的準(zhǔn)確距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，待定位節(jié)點(diǎn)依次獲得與其I跳范圍內(nèi)錨節(jié)點(diǎn)間的距離信息，采用最大似然估計(jì)算法獲得待定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，包括以下步驟建立直角坐標(biāo)系，獲得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；通過距離矢量交換協(xié)議，使待定位節(jié)點(diǎn)獲得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有錨節(jié)點(diǎn)的ID、位置坐標(biāo)以及待定位節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)錨節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)，待定位節(jié)點(diǎn)建立對應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)信息表；待定位節(jié)點(diǎn)查詢自身的錨節(jié)點(diǎn)信息表，當(dāng)其1跳范圍內(nèi)具有的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于或者等于3個(gè)時(shí)，該待定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測距，獲得待定位節(jié)點(diǎn)與各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的測距樣本；使用投票平均聯(lián)合濾波算法對測距樣本進(jìn)行處理，并建立CSS測距模型獲得待定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的準(zhǔn)確測距信息。
文檔編號(hào)H04W64/00GK103152824SQ201310072598
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者劉興川, 吳振鋒, 賁偉, 孫亭, 蔣飛 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所