一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法及装置，属于嵌入式开发与无线通信的交叉领域。本发明首先采用带有433MHz射频模块的无线传感节点实现锚节点之间的时间同步；完成时间同步后，未知节点通过基于IEEE802.15.4协议的2.4GHz模块将距离信息的传输到锚节点；最后通过求解到达时间差的方程组完成定位。本发明只需实现锚节点之间的时间同步，不需要实现网络中所有节点之间的时间的同步，由此使得整个网络的功耗减小，延长了整个网络的使用寿命，降低了程序设计的复杂性；当网络中有未知节消失和新未知节点的加入时不会影响系统工作，由此提高了网络的健壮性和可扩展性。
【专利说明】一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法及装置，属于嵌入式开发与无线通信的交叉领域。
【背景技术】
[0002]无线传感网络(Wireless Sensor Network, WSN)的研究起步于20世纪90年代末期，是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息。由于传感器网络的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注.无线传感器网络通过节点之间的相互协作来完成任务。因此能应用于许多领域，如:在部队到达战区之前向其抛洒大量传感器感知敌方动作，并返回数据信息。因此传感器网络系统可以被广泛地应用于国防、军事、安全、环境监测、交通管理、医疗卫生等许多领域。
[0003]时间同步技术作为无线传感网络定位中一类重要的方法。其中的传感器网络的时间同步协议(Time-synchronization Protocol For Sensor Networks, TPSN)算法是一种类似网络时间协议(Network Time Protocol, NTP),其目的是提供传感器全网络内节点的时间同步。使用TPSN算法时，整个网络中需要包含一个锚节点与外界通信获取时间作为整个网络系统的时钟源，同时每个节点都有一个ID，然后将未知节点分级(锚节点是O级)，每个节点同上一级的节点进行时间同步，最终完成与根节点时间同步，同级的节点对之间的时间同步采用RBS算法(发送者一接受者同步机制)。通过每个节点同上一级的节点进行时间同步需要消耗更多能量；此外，TPSN算法在新的节点加入时，需要初始化层次发现阶段，减少了算法的鲁棒性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有定位技术中需要实现所有节点之间同步的不足及在新节点加入时对算法鲁棒性的影响，提供了一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法及装置。
[0005]本发明的技术方案是:一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法，首先采用带有433MHz射频模块的无线传感节点实现锚节点之间的时间同步；完成时间同步后，未知节点通过基于IEEE 802.15.4协议的2.4GHz模块将距离信息的传输到锚节点；最后通过求解到达时间差的方程组完成定位；所述定位方法的具体步骤如下:
A、按照坐标Cri,Λ.)部署至少三个锚节点在整个网络中，i=l，2，…?，?表示锚节点的个
数；
B、第一个锚节点通过433MHz射频模块发射一个时间同步信号记录时刻U；。
C、当第二个锚节点接收到信号时，发送一个433MHz射频信号；
D、当第一个锚节点接收到第二个锚节点发送的射频信号时，记录时刻?2，根据公式
【权利要求】
1.一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法，其特征在于:首先采用带有433MHz射频模块的无线传感节点实现锚节点之间的时间同步；完成时间同步后，未知节点通过基于IEEE 802.15.4协议的2.4GHz模块将距离信息的传输到锚节点；最后通过求解到达时间差的方程组完成定位；所述定位方法的具体步骤如下: A、按照坐标(xi,yi)部署至少三个锚节点在整个网络中，i=l，2，…?，?表示锚节点的个数； B、第一个锚节点通过433MHz射频模块发射一个时间同步信号记录时刻U； C、当第二个锚节点接收到信号时，发送一个433MHz射频信号； D、当第一个锚节点接收到第二个锚节点发送的射频信号时，记录时刻?2，根据公式
2.根据权利要求1所述的基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法，其特征在于:所述锚节点的个数为三个及以上，其中未知节点至少同时处于三个锚节点的通信范围内。
3.根据权利要求2所述的基于射频辅助的无线传感网络中节点定位方法，其特征在于:通过《个锚节点构建的网络，且每个未知节点同时处于《个锚节点的通信范围内，那么可以根据每个未知节点ID和每个未知节点分别到达每个锚节点的到达时刻?\得到I个方程，从而选取其中的两个方程来计算每个未知节点的坐标；其中J‘=l，2，…η, η表示未知节点的个数;i=l, 2，…表示锚节点的个数。
4.一种基于射频辅助的无线传感网络中节点定位装置，其特征在于:所述定位装置由锚节点(I)和未知节点(2)组成；所述锚节点(I)包括电源模块I (11)、2.4GHz射频模块I (12)、处理器模块I (13)、433MHz射频模块(14)，其中处理器模块I (13)通过SPI接口与2.4GHz射频模块I (12)连接，通过通用I/O接口模拟SPI接口功能与433MHz射频模块(14)连接；所述未知节点(2)包括电源模块II (21),2.4GHz射频模块II (22)、处理器模块II(23)，其中处理器模块II (23)通过SPI接口与2.4GHz射频模块II (22)连接。
5.根据权利要求4所述的基于射频辅助的无线传感网络中节点定位装置，其特征在于:所述锚节点(I)和未知节点(2)中的电源模块使用2节1.5v干电池及使用稳压芯片构成的稳压电路为各个模块供电。
【文档编号】H04W64/00GK103476117SQ201310439326
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】毛剑琳, 罗平, 向凤红, 迟子铖, 付丽霞, 郭宁, 段绍米 申请人:昆明理工大学