一种基于网格加权的无线移动终端rssi定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信技术领域的方法，尤其是一种基于网格加权的无线移动终端 RSSI定位方法。
【背景技术】
[0002] 为了方便服务器端获得更全面的数据，如移动终端不同位置数据采集效果、移动 终端的通信信号覆盖范围、不同位置移动终端的通信误码率和丢包率等，需要针对特定位 置的移动终端进行分析，所W需要对多个移动终端进行定位。常见的无线定位方法有很多 种，按照定位方式的不同，主要分为测距型定位方法和非测距型定位方法。测距型定位方 法在测量精度和信标节点数量方面都有较大优势，常用的测距型定位方法包括T0A(time ofarrival，到达时间）、TD0A(timedifferenceofarrival,到达时间差）、A0A(angleof arrival,到达角度）、RSSI巧eceivedSi即alStrengthIndication,接收信号强度）四种。
[0003] 经对现有技术文献的检索发现，专利申请号为201410415930. 3,提出了一种基于 无线传感网的节点定位RSSI方法的改进（W下称改进RSSI方法），相对于其它=种方法 (T0A、TD0A、A0A)而言，基于RSSI的测距主要使用RF信号，因传感器节点本身具有无线通 信能力，故其是一种低功率、廉价的测距技术，对硬件要求不高，同时也比较容易实现，但是 信号强度很容易受到周围环境的影响，为了解决RSSI测距误差较大的问题，改进RSSI方法 通过未知节点反馈的握手信号的数据，调整发送节点不同的信号频率，根据所得数据进行 误差调整。
[0004] 经检索还发现，专利申请号为200910045004. 0的中国专利，提出了无线传感器网 络中基于概率加权的多目标定位方法，其过程是；对传感器网络分布的平面区域作网格划 分，并依据网格与传感器节点的位置关系建立网格概率加权模型，传感器节点对目标进行 侦测，并按照概率加权模型赋予各个网格一定的权值，每个网格对不同传感器节点所赋予 该网格地权值求和，权值之和超过一定口限的网格所在坐标，即为目标坐标，从而实现目标 定位。
[0005] W上两种方法，前者将RSSI测距结合=边测量法，而=边测量法在理想状态下才 能算出未知节点的位置，很大可能性会导致=个信标节点所在圆没有统一交点，且大多数 情况下测得的DI值都存在误差，必须通过各种补偿、约进的方法才能获得最佳节点坐标； 后者虽然避免了分布式多目标定位中常见的累积误差问题，但是限定了传感器网络的分布 模式，处理器必须存储每一个网格的对应权值之和，灵活性不强。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种基于网格加权的无线移动终 端RSSI定位方法，使其有效解决了传统=边定位法的无解情况问题，同时利用RSSI中对数 距离衰减模型动态配置加权系数，进一步减小了定位误差，保证了定位的精度，同时也能满 足多种多样的无线传感器网络分布模型。
[0007] -种基于网格加权的无线移动终端RSSI定位方法，无线移动网络包括已知节点、 未知节点、移动终端，所述方法包括W下步骤：
[0008] 步骤1)建立信标节点网络，细化未知节点分布区间；
[0009] 步骤2)遍历所有信标节点的RSSI的值，取RSSI最大4个值所在的区域作为定位 子网格，并依据RSSI中对数距离衰减模型，求得各已知信标节点到未知节点的距离；
[0010] 步骤3)计算未知节点所在范围，根据已知信标节点接收到的信号强度确定权重 系数，通过加权操作完成未知节点定位。
[0011] 较佳地，步骤1)中建立信标节点网络，必须涵盖所有的传感器网络节点，且定位 精度与传感器网络分布有密切关系。
[0012] 较佳地，步骤2)中RSSI值表征了信标节点接收到的未知节点的信号强度，而对数 距离衰减模型的建立过程为；首先通过无线电磁信号在传播过程中的波导效应，建立传输 路径损耗模型3
，其中P(d。）表示参考位置的信号强度大小，d。表示参考位置 到发射点的距离，P(d)表示实际接收点的信号强度大小，d表示实际位置到发射点的距离，n表示介质损耗系数；其次通过单位转换，且由于电磁波在介质中传播路径变，传输过程复 杂，实际传输损耗为一个随机过程，需要附加一个均值为0的高斯分布随机控制变量X。，则 对数距离衰减模型为P(d) =P(d。)-lOnlog(d-d。)巧。，该模型建立了未知节点的信号强度 P与距离d之间的内存联系，是RSSI定位方法的理论依据。
[0013] 较佳地，步骤2)中，认为所有的信标节点均可近似看成处于同一平面内，建立二 维平面内定位模型，而不需要考虑=维空间内的定位模型；认为传感器所在区域为均匀介 质，且由于RSSI强度容易受到传输环境的影响，不同的环境中的信号衰减系数n均不相同， 需要进行详细的校调，通过测量多组不同位置的接收器的RSSI值，利用最小二乘法进行拟 合，确定此环境下的信号衰减系数n和参考强度P(d。）的大小；认为所采用的信标节点装置 具有一致性，忽略自身差异而造成的信号强度测量差异。
[0014] 较佳地，步骤3)中，分别W各信标节点坐标为圆屯、，W A、B、C、D各点到未知节点 距离为半径画圆，方格内交点所构成的区域EFGH即为未知节点所在范围。
[0015]较佳地，构建未知节点范围时，确定交点时根据相邻圆相交、相切、相离的关系，建 立相应的交点坐标表达式，求得交点或虚拟交点。
[001引较佳地，步骤扣中根据A、B、C、D信标节点接收到的信号强度R。、Rb、R。、Rd确定权 重系数：
[0017]
[001引对E、F、G、H坐标分别进行加权，即可求出未知节点S的坐标，完成了未知节点的 定位。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0020] 本发明通过结合网格加权与RSSI方法，通过计算未知节点范围解决了信标节点 所在圆无统一交点的情况，同时在定位过程中只需使用4个信标节点进行计算，降低了计 算量和网络通信量；
[0021] 本发明中的网格权重计算是一种动态计算，对不同的无线传感器网络分布均具有 适用性，应用到不同传输环境中只需重新校调信号衰减系数，增加了便捷性。
[0022] 本发明利用加权系数配置，进一步减小了定位误差，保证了定位的精度。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例的工作流程图。
[0024] 图2为本发明实施例的网格信标节点示意图。
[0025] 图3为本发明实施例的未知节点处于子网格交界处示意图。
[0026] 图4为本发明实施例的RSSI测距示意图。
[0027] 图5为本发明实施例的两圆相交求解示意图。
[002引图6为本发明实施例的两圆相切求解示意图。
[0029] 图7为本发明实施例的两圆相离求解示意图。
[0030] 图8为本发明实施例的四圆两两相交求解示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图及测试实例，对本发明做进一步说明；本测试实例在W本发明技术 方案为前提下进行实施，给出详细的测试方式、操作过程及结果说明，但本发明的保护范围 不限于下述实例。
[0032] 参见图1，本发明实施例包括如下步骤。
[0033] 步骤1，在传感器分布网络区域建立信标节点网格，如图2所示，信标节点均匀排 布，相互之间形成正交网格，且每个信标节点的坐标已知。建立网格的是为了细化未知节点 的分布区间，W提高定位的精度。
[0034] 步骤2,未知节点发送无线电磁波信号，通过遍历所有信标节点的RSSI的值，取 RSSI最大4个值所在的区域作为定位子网格。如图3,如果存在多个子网格，说明未知节点 在子网格交界处，则任取一个子网格计算均可。
[0035] 步骤3,设未知节点所在网格的端点坐标分别为A、B、C、D，依据RSSI中对数距离 衰减模型P(d) =P(d。)-Wnlog(d今d。)巧。，其中P(d。）表示参考位置的信号强度大小，d。表 示参考位置到发射点的距离，P(d)表示实际接收点的信号强度大小，d表示实际位置到发 射点的距离，n表示介质损耗系数，X。是均值为0的高斯分布随机控制变量。不同的传输 环境具有不同的信号衰减系数n，通过测量多组不同位置的接收器的RSSI值，利用最小二 乘法进行拟合，确定此环境下的信号衰减系数n和参考强度P(d。）的大小