一種基于測距補償?shù)氖覂?nèi)無線精確定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，具體為一種基于測距補償?shù)氖覂?nèi)無線精確定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象，潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為軍事、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的室內(nèi)空間定位方法在定位技術(shù)和低功耗設(shè)計方面存在一定的缺陷，且對于不同的應(yīng)用需求進行不同的擴展實現(xiàn)不便。
[0003]針對以上問題，申請人在無線傳感器定位技術(shù)和低功耗設(shè)計方面進行了研究及開發(fā)工作，在無線傳感器定位節(jié)點及開發(fā)環(huán)境的設(shè)計方面已經(jīng)取得了一定的成果，首先是設(shè)計了一種新的基于測距的無線傳感器定位節(jié)點定位算法，并對算法模型進行數(shù)學(xué)建模并證明；且兼容了同類相關(guān)無線傳感器定位節(jié)點的所有功能，并在傳輸距離和節(jié)點的可靠性上都有很大的提高，更適合于進行科學(xué)研究和需要重復(fù)利用的應(yīng)用環(huán)境中；申請人研制的基于測距補償?shù)氖覂?nèi)無線精確定位方法是基于自主研發(fā)的系列低功耗微處理器，整個系統(tǒng)采用了通用的接口插槽，將傳感、處理和通信模塊進行分離，可以實現(xiàn)按照不同的應(yīng)用需求進行不同的擴展，同時在傳輸距離和體積上也有很大改進，申請人致力于將體積進一步縮小到硬幣大小、可靠性進一步提高、節(jié)點可持續(xù)工作2年以上、以及定位精確度達到厘米級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種基于測距補償?shù)氖覂?nèi)無線精確定位方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)手段如下:
[0006]—種基于測距補償?shù)氖覂?nèi)無線精確定位方法,該方法是基于高精定位無線傳感器系統(tǒng)進行測距的；
[0007]所述系統(tǒng)包括傳感器模塊、處理模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四個部分；
[0008]所述傳感器模塊用于監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該傳感器模塊在一個傳感器節(jié)點提供了可擴展不同傳感器的接口，可以包括多種傳感器器件；
[0009]所述處理模塊用于控制整個傳感器節(jié)點的處理操作、存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)和其它節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)安全、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理和任務(wù)管理；
[0010]所述無線通信模塊用于與其它傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；
[0011]所述能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點提供其運行所需的電源；
[0012]進一步地，所述系統(tǒng)采用星狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)或星網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；
[0013]進一步地，所述系統(tǒng)裝載有面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的嵌入式操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的應(yīng)用程序；
[0014]進一步地，所述系統(tǒng)具有傳感器設(shè)備驅(qū)動統(tǒng)一接口。
[0015]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種基于測距補償?shù)氖覂?nèi)無線精確定位方法，兼容了同類相關(guān)無線傳感器定位節(jié)點的所有功能，并在傳輸距離和節(jié)點的可靠性上都有很大的提高，更適合于進行科學(xué)研究和需要重復(fù)利用的應(yīng)用環(huán)境中；整個系統(tǒng)采用了通用的接口插槽，將傳感、處理和通信模塊進行分離，可以實現(xiàn)按照不同的應(yīng)用需求進行不同的擴展。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所述星狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明所述網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明所述星網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明傳感器節(jié)點的軟件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明傳感器設(shè)備驅(qū)動統(tǒng)一接口的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1至圖5所示的一種基于測距補償?shù)氖覂?nèi)無線精確定位方法，該方法是基于高精定位無線傳感器系統(tǒng)進行測距的；所述系統(tǒng)包括傳感器模塊、處理模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四個部分；所述傳感器模塊用于監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該傳感器模塊在一個傳感器節(jié)點提供了可擴展不同傳感器的接口，可以包括多種傳感器器件；所述處理模塊用于控制整個傳感器節(jié)點的處理操作、存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)和其它節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)安全、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理和任務(wù)管理；所述無線通信模塊用于與其它傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；所述能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點提供其運行所需的電源；進一步地，所述系統(tǒng)采用星狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)或星網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；進一步地，所述系統(tǒng)裝載有面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的嵌入式操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的應(yīng)用程序；進一步地，所述系統(tǒng)具有傳感器設(shè)備驅(qū)動統(tǒng)一接□。
[0022]圖1示出了本發(fā)明所述星狀拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖,如圖1所示,星狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是一個單跳(single-hop)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都與基站和網(wǎng)關(guān)進行雙向通信，基站可以是一臺PC、PDA、專用控制設(shè)備、嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或其它與高數(shù)據(jù)率設(shè)備通信的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點基本相同；除了向各節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)和命令外，基站還與互聯(lián)網(wǎng)等更高層系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)；各節(jié)點將基站作為一個中間網(wǎng)絡(luò)點，相互之間并不傳輸數(shù)據(jù)或命令。在各種無線傳感器定位中，星狀網(wǎng)整體功耗最低，但節(jié)點與基站間的傳輸距離有限，通常ISM頻段的傳輸距離為100?300米或者更低。
[0023]圖2示出了本發(fā)明所述網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖；如圖2所示，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是多跳系統(tǒng)，其中所有節(jié)點都相同，而且直接互相通信，與基站進行數(shù)據(jù)傳輸和命令傳輸，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點都有多條路徑到達網(wǎng)關(guān)或其它節(jié)點，因此它的容錯能力較強。多跳的無線傳感器定位系統(tǒng)比星狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離遠得多，但功耗也更大，因為節(jié)點必須一直“監(jiān)聽”網(wǎng)絡(luò)中某些路徑上的信息和變化。
[0024]圖3示出了本發(fā)明所述星網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖；如圖3所示，星網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)力求兼具星狀網(wǎng)絡(luò)的簡潔和低功耗以及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的長傳輸距離和自愈性等優(yōu)點。在星網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)中，路由節(jié)點和中繼節(jié)點組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而傳感器節(jié)點則在它們周圍呈星狀分布，中繼器擴展了網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，同時提高了系統(tǒng)的容錯能力。由于傳感器節(jié)點可與多個路由器或中繼器通信，當(dāng)某個中繼器發(fā)生故障或某條無線鏈路出現(xiàn)干擾時，網(wǎng)絡(luò)可在其它路由器周圍進行自組。
[0025]所述處理器模塊包括處理器和存儲器，其中的處理器參數(shù)如下:
[0026]1、兼容AVR RISC指令集；①123條指令，大部分為單周期指令②64個通用寄存器、256個I/O控制寄存器③片內(nèi)2GB程序存儲器、128KB數(shù)據(jù)存儲器(可外擴至256KB)④在線可編程
[0027]2、提供豐富的外圍設(shè)備接口 ；①片內(nèi)模擬比較器②可編程UART、I2C、SPI接口③可編程RTC、看門狗、時鐘源及計數(shù)器④8通道10位ADC⑤可編程PWM
[0028]3、先進的低功耗設(shè)計技