一种基于rssi的无线传感器网络全移动节点定位方法_3

文档序号:9470472阅读:来源:国知局
点总共可以被定位4次,每次定位坐标分别为(X1,Y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)。假设 先以B、C、D为锚节点定位未知节点X,分别以锚节点B、C、D为圆点,dB、de、dD为半径的三个 圆相交于点X,则该点即为未知节点的位置,计算公式如(7):
[0108] 式中(xB,yB)、(xDyc)、(xD,yD)分别为锚节点B、C、D的坐标,(X1,Y1)为通过锚节点 B、C、D来定位的未知节点X的坐标,dB、de、dD分别为锚节点B、C、D到未知节点X的距离,如 图2所示。
[0109] 通过式(7)可求得未知节点X的坐标。
[0111] 利用上述方法,可以分别得到用锚节点A、C、D,A、B、D,A、B、C定位的未知节点坐 标(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4) 〇
[0112] 使用质心加权定位算法确定未知节点的坐标:
[0113] 距离值d越小,对应定位的精度也就越高,任意三个锚节点到未知节点的总共距 离越小,定位出来的结果精度较高,所以这样的坐标的权值应该较大。(X1,Y1)、(x2,y2)、 (x3,y3)、(x4,y4)的权值 %、M2、M3、114分别为:
[0115] 式中分母表示四个锚节点分别到未知节点距离倒数的和,分子为相应的参与定位 的三个锚节点到未知节点距离倒数的和。
[0116]由此计算出,未知节点的坐标为(X',y')
[0118] 在此基础上,为了进一步提高移动节点的定位精度,现在对定位出来的坐标进行 修正。
[0119] 根据环境情况,给定一个距离值〇且〇 >0,当两个节点之间的距离小于〇时, 则认为两个节点处在同样的环境中,那么定位这两个节点时由于环境造成的误差是近似一 样的。在4个锚节点中,他们到未知节点X的距离分别为dA、dB、de、dD,挑选出小于O的距 离值,则认为这些锚节点与未知节点处在相同的环境中。
[0120] 1)如在A、B、C、D四个锚节点中只有锚节点A距离未知节点的距离dA< 〇,则使 用锚节点B、C、D来定位锚节点A,并且算出的A点的坐标为(x'A,y'A),定位误差为(ex,ey) 表示为:
[0122] 此误差代表了未知节点环境所造成的定位误差。
[0123]2)若未知节点与锚节点的距离值中有多个值满足d> 〇,则采用加权求平均的 方法来计算误差。如锚节点A、B、C、D到未知节点X的距离值dA、dB、de、dD都小于〇,则分 别以其中三个锚节点为信标节点定位另外的一个锚节点,重新被定位的锚节点坐标分别为 A(x'A,y' A)B(x'B,y' B)C(x'c,y' c)D(x'D,y'D),分别得定位误差为,如公式(12)
[0125] (eAx,eAy)、(eAx,eAy)、(eAx,eAy)、(eAx,eAy)的权值分别为WA、WB、Wc、WD,如公式(13)
[0127] 权值的分母是各锚节点到未知节点距离倒数的和,分子为其中被定位的锚节点到 未知节点距离的倒数,距离值越小,表示锚节点距离未知节点的距离越近,那么定位该锚节 点时产生的误差就越能代表定位未知节点时的误差,所以权值就越大。
[0128] 最终误差为(ex,ey)可表示为
[0132] 3)如果在4个锚节点中距离未知节点的距离都大于给定的〇,则不进行定位精度 的修正,贝Ij未知节点的坐标即为(x',y')
[0133] (2)当锚节点和未知节点都在随机移动时,在第k时刻,当只有3个锚节点能够与 未知节点进行通信的时候,假设锚节点分别为A、B、C,未知节点接收到的信号强度分别为RSSIA、RSSIB、RSSIc,利用距离转换模型,其分别到未知节点的距离为dA、dB、迅,则分别以锚 节点A、B、C为圆心,分别以dA、dB、de为半径画圆,相交于未知节点X,可采用三边测量法定 位未知节点X。计算公式为:
[0137] 当锚节点和未知节点都在随机移动时,在k时刻,当未知节点X只能与2个锚节 点A和B进行通信时,设未知节点的移动速度为V,未知节点在k-1时刻定位成功其坐标为 (xki,ykJ。k时刻锚节点A和B与未知节点X进行通信,锚节点到未知节点X的距离分别 为dA、dB,分别以锚节点A和B为圆心,以dA、dB为半径画圆,则两个圆相交的点分别为X:和 X2,根据公式(18)求出交点的坐标X1(Xpy1)、X2(x2,y2),如图3所示。
[0139] 然后计算k-1时刻未知节点X的位置到XjPX2的距离值分别为d^d2,将(^、士于 速度进行比较,与速度V比较接近的距离值所对应的位置,即为未知节点k时刻的位置。即 若|d「v| < |d2_v|,则X1为未知节点X在k时刻的位置;若|d2_v| <Id1-Vl,则X2为未知 节点X在k时刻的位置。
[0140] (4)当锚节点和未知节点都在随机移动时,在k时刻,当只有1个锚节点A能够与 未知节点X通信的时候,未知节点的移动速度为v,k-n到k-1时刻,未知节点定位成功。前 n个时刻定位的坐标倾斜角序列分别为Q1= (0kn,0kn+1,…,0kl),其中€ = 用后一 Xi 项减去前一项得到相邻的角度差序列A0 1=(A0A0 2,…,A0nJ。利用这n-l个角 度差来预测第n个角度差,进而计算出来k时刻未知节点相对于坐标原点的倾斜角。预测 用的方法是灰预测,以角度差序列作为原始序列,令A0i=Xw (m),其中m =i= 1,一I1-I 具体过程如下:
[0141] 原始序列为:
[0142] x(〇)(m) = (X(〇)(l),x(〇)(2),...,x(〇)(n-l)) (19)
[0143] 1)做一阶累加生成序列:
[0145] 2)构造GM(1,1)的背景值:
[0156] 5)将a,u的估计值S;;代入式(23),得到预测方程f 。
[0157] 6)建立原始数据序列模型:
[0160] 式中,,⑷为原始数据序列XwGO,(k= 1,2,…,n-1))的拟合值; 1)为原始数据序列XwGO, (k= 1,2,…,n-1)的预测值。
[0161] 预测出A0 ,计算k时刻未知节点的位置相对于坐标原点的倾斜角为:
[0162] 0 k= 0k1+A0n (29)
[0163] k_l时刻,以未知节点X的位置为圆心,速度v为半径的圆与k时刻以锚节点A位 置为圆心,dA为半径的圆相交于X:和X2两个点,这两个点中有一个点为k时刻未知节点X的位置。由于估计出了k时刻未知节点与原点连线L的倾斜角,通过判断&和X2到直线 L的距离可以确定哪个点为正确的位置,即距离较近的点为k时刻未知节点运动到的位置, 如图4所示,X#k时刻未知节点的位置。
[0164]k-1时刻未知节点X的坐标为(xki,ykJ,k时刻锚节点A的坐标为(xA,yA),XjP X2计算公式为:
[0166] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 一种基于RSSI的无线传感器网络全移动节点定位方法,其特征在于,当未知节点能 够与四个,三个,两个以及一个锚节点通信时,均可得出未知节点的位置,并且可以通过误 差对定位精度进行修正。2. 根据权利要求1所述一种基于RSSI的无线传感器网络全移动节点定位方法,其特 征在于,当锚节点和未知节点都在随机移动时,在k时刻,当未知节点X能与4个及以上锚 节点进行通信时,选取
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