专利名称：基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法
技术领域：
本发明涉及在煤矿井下各处路径损耗指数不同的复杂环境情况下的一种基于 RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法。
背景技术：
近年来，我国煤矿还存在较多安全隐患，矿难时有发生，事故发生后，准确的获取受困人员的位置，监测出事故发生地的环境情况，对于实施救援十分重要。由于井下环境复杂，部署线路繁琐，传统的有线网络在井下较难完成安全监测任务，随着无线传感器网络的发展，无线传感器网络被应用到煤矿中以实现监测井下环境和获取井下人员位置，能够弥补有线设备的一些缺陷，具有廉价、便携和高可靠性特点，在这些应用中如果不知道无线传感器网络节点位置而去感知的数据是没有意义的。目前，无线传感器网络的定位算法有很多种，基于RSSI的定位算法在煤矿井下应用较多，因为RSSI (接收信号强度指示)(received signal strength indicator)测距中的 RSSI值是与距离相关的，它可以通过无线传感器节点测量得到，不需要额外的硬件支持。定位方法需要通过一定的无线信号传播模型来实现，井下线型区域环境比较复杂，很容易产生路径损耗，屏蔽模型将通信模型扩展为一种较合适的统计模型，因而成为本发明所采用无线信号传播模型。屏蔽模型来估测接收信号的接收功率如下所示dr (r) = < (rO) -10a !g(—) + ψ
r° (1)其中r表示接收端与发射端的距离(m)，r(l为参考距离，一般取lm，d 表示接收端的接收信号功率(dBm)，dr(r0)是参考距离点的接收功率(dBm)，Ψ是一个平均值为0 的高斯随机变量(dBm)，反映了当距离一定时，接收信号功率的变化，其中α为路径损耗指数，一般通过实际测量或计算来确定。实际应用中，一般采用上面屏蔽模型的简化形式，如下所示dr (r) = dr(ro)~l 0a !g(—)
rO(2)pr(r)表示接收端的信号强度平均值(mW)，则有如下的转换关系dr(r) = 101g(pr(r))(3)
发明内容
本发明为了解决获取煤矿井下各处的路径损耗指数以及单纯的使用RSSI值来反应无线传感器节点间环境相似程度情况下所产生的定位误差较大的问题，提供了一种基于 RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法。该方法采用待测组和井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署中，对边相邻两组的信息动态获取各个位置处的路径损耗指数α，以减小非视距测量误差，获取准确的测量距离；在此基础上，移动节点通过RSSI相似度来选择所需的信标节点进行定位。本发明的特点及有益效果采用井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署，通过待测组和对边相邻两组的信息动态获取各个位置处的路径损耗指数α，克服了传统线型无线传感器网络下易产生的非视距误差，获取了准确的测量距离；该发明对硬件的要求不高，同时降低了成本，而且定位精度有较大的提高。
图1井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署方式图2是图1中信标节点组的RSSI值向量数据包的数据格式图3 (a)定位算法(移动节点收发信号)流程3 (b)定位算法(节点定位)流程图
具体实施例方式参看图1-图3(a)、图3(b)，基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α 定位方法，该方法采用井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署，通过待测组和对边相邻两组的信息动态获取各个位置处的路径损耗指数α，以减小非视距测量误差，获取准确的测量距离；在此基础上，移动节点通过RSSI相似度来选择所需的信标节点进行定位。在所述井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署中，每组根据实际需求放置相应数目的信标节点并按序编号，通过相应的协议来保证每组中始终有一个信标节点处于激活状态。利用待测α组内的活跃信标节点和对边相邻两个组的活跃信标节点的RSSI值向量数据包来计算每个组内活跃信标节点新的α值。将RSSI相似度，优先作为移动节点选举所需信标节点定位的参考标准，同时结合信标节点的组编号，选择所需的信标节点。根据相似度序列K > 3的前K个非共线信标节点的信息带入无线信号传播模型， 获得移动节点到这K个信标节点的距离，带入极大似然估计算法公式即可获得移动节点坐标。步骤1 动态获取路径损耗指数α。参看附图1，井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署方式。将信标节点按组划分，每组中根据实际需求放置相应数目的信标节点并按序编号，通过相应的协议来保证每组中始终有一个信标节点处于激活状态，以避免井下线型无线传感器网络产生能耗非均衡。线型区域两边的组分别按奇、偶数序列编号，其中dii^dm+D表示组i(Xi，yi)到组 i-1 (Xi_1; y^)，组i+1 (xi+1,yi+1)的实际距离(实际应用中每组所占的区域非常小，组间距离可以通过两点间坐标距离公式算出)。在移动节点未进入井下线型区域前，每个组内活跃的信标节点都维护着邻居组内活跃信标节点的RSSI值向量，组i内活跃的信标节点周期性向全网广播发送本组内活跃信标节点所接收到的来自其他组内活跃信标节点的RSSI值向量数据包，参看图2信标节点组的RSSI值向量数据包的数据格式；组i中的活跃信标节点收到其他组中活跃信标节点的RSSI值向量数据包后，会根据节点的组ID编号来判断发送节
4点的组是不是组i对边邻近的两个组。下面主要描述组i为奇数编号的情况，当组i为偶数编号时可同理算出组内各个活跃信标节点新的α值。
其中i为井下线型区域中某-RSSI均值为氏+1，I^1，新的α由式(1，
-奇数编号组，记录下接收到对边邻近两个组中的 )算出，定位时用新的α代替原α
权利要求
1.基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法，其特征在于采用待测组和井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署中，对边相邻两组的信息动态获取各个位置处的路径损耗指数α，以减小非视距测量误差，获取准确的测量距离；在此基础上，移动节点通过RSSI相似度来选择所需的信标节点进行定位。
2.根据权利要求1所述的基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法，其特征在于在所述井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署中，每组根据实际需求放置相应数目的信标节点并按序编号，通过相应的协议来保证每组中始终有一个信标节点处于激活状态。
3.根据权利要求1所述的基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法，其特征在于利用待测α组内的活跃信标节点和对边相邻两个组的活跃信标节点的 RSSI值向量数据包来计算每个组内活跃信标节点新的α值。
4.根据权利要求1所述的基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法，其特征在于将RSSI相似度，优先作为移动节点选举所需信标节点定位的参考标准，同时结合信标节点的组编号，选择所需的信标节点。
5.根据权利要求1所述的基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法，其特征在于根据相似度序列K > 3的前K个非共线信标节点的信息带入无线信号传播模型，获得移动节点到这K个信标节点的距离，带入极大似然估计算法公式即可获得移动节点坐标。
全文摘要
一种基于RSSI相似度的井下线型无线传感器网络动态α定位方法，是为了解决获取煤矿井下各处的路径损耗指数以及单纯的使用RSSI值来反应无线传感器节点间环境相似程度情况下所产生的定位误差较大的问题而设计的。该方法采用待测组和对边相邻两组的信息动态获取各个位置处的路径损耗指数α，以减小非视距测量误差，获取准确的测量距离，同时通过RSSI相似度来选取距离移动节点最近的信标节点来定位的。本发明的特点及有益效果采用待测组和井下线型无线传感器网络信标节点矩形分组部署中，对边相邻两组的信息动态获取各个位置处的路径损耗指数α，克服了传统线型传感器网络下易产生的非视距误差，获取了准确的测量距离；该发明对硬件的要求不高，不仅降低了成本，而且定位精度有较大的提高。
文档编号H04W64/00GK102325373SQ20111027686
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者田丰, 董莹 申请人:沈阳航空航天大学