一种多移动模式无线节点距离的动态估计方法与流程

技术特征：

1.一种多移动模式无线节点距离的动态估计方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1.在动态估计之前，锚节点事先测量位于不同距离点的无线节点发来的信号强度RSSI，确定信号强度与距离的映射关系RSSI-D；对RSSI数据聚类，形成簇中心集合CCS，可建立基于测量点距离D和簇中心CCS的映射关系曲线CCDC；

步骤2.根据节点移动初始速度V₀和加速度a，确定距离与时间的映射关系，进一步确定信号强度与时间的映射关系RSSI-T，同时更新得到基于时间轴的簇中心映射曲线CCTC；

步骤3.在动态估计中，随着无线节点的移动，锚节点以固定时间间隔Δt实时测量无线节点发送过来的RSSI数据流，在当前时刻t_k＝t₀+kΔt，k≥0，t₀表示初始时刻，移动节点与锚节点的距离，通过对所测量得到的数据窗口，在CCTC上通过滑动窗口匹配进行确定；其中，当前测量数据进行匹配前，需进行测量间隔对等处理；对无线节点在以匀速、匀变速和变加速模式直线移动时的动态距离估计方法分别为：

步骤3-1.当无线节点匀速运动时，V₀≠0，a＝0，对测量得到的数据窗口通过一次线性变换进行间隔对等处理，变换后形成的滑动窗口就可以一直在CCTC上进行时间对等的滑动匹配，直至满足滑动匹配的标准，以此估计出移动节点和锚节点之间的距离；

步骤3-2.当无线节点以匀变速运动时，V₀≠0，a为非0常数，数据窗口遍历CCTC上所有可能的参考窗口进行滑动匹配；测量提取的数据窗口每次与参考窗口进行匹配前，均进行一次间隔对等处理，此时形成滑动窗口进行滑动匹配；最后，基于滑动匹配的标准，估计出无线节点和锚节点之间的距离；

步骤3-3.当无线节点以变加速运动时，V₀≠0，a→0，需要根据CCTC对应的时间间隔的变化，决定是否对提取的数据窗口通过多次线性处理进行间隔对等处理：若CCTC对应的时间间隔呈非线性变化，则按照步骤3-2的方法处理；若CCTC对应的时间间隔为等间距，则按照步骤3-1的方法处理。

2.根据权利要求1所述的多移动模式无线节点距离的动态估计方法，其特征在于：所述映射关系曲线CCDC的形成过程为：以锚节点为起始点的直线上建立N个等间距测量位置点，并以测量点距离D＝{d₁，d₂，...，d_N}进行标示；节点位于每一个测量点时，锚节点记录m次节点发送过来的RSSI值；锚节点完成对N个测量点的RSSI信号采样后，形成样本数据集A：A＝{(d₁，RSSI₁，)，…，(d_i，RSSI_i，)，…，(d_N，RSSI_N，)}，其中RSSI_i，＝{RSSI_i，1，RSSI_i，2，，…，RSSI_i，m}；

设定每个测量点d_i处对应的RSSI测量数据服从高斯分布特征，计算RSSI信号样本的均值μ_i和标准差σ_i，形成RSSI样本数据的簇中心集合CCS＝{μ₁，μ₂，...，μ_N}，根据集合CCS和测量点集合D＝{d₁，d₂，...，d_N}，可建立基于测量点距离D和簇中心CCS的映射关系曲线CCDC：CCS→f(D)。

3.根据权利要求2所述的多移动模式无线节点距离的动态估计方法，其特征在于：所述簇中心映射曲线CCTC的形成过程为：首先基于匀变速公式解得移动节点在每个测量点D＝{d₁，d₂，...，d_N}处，以当前速率移动时的对应的时间测量点T＝{T₁，T₂，...，T_N}，从而确定距离D与时间T的映射：D→T，基于先验映射CCDC：CCS→f(D)，更新得到基于时间轴的簇中心映射曲线CCTC：CCS→f(T)。

4.根据权利要求1所述的多移动模式无线节点距离的动态估计方法，其特征在于：所述数据窗口是指：锚节点以当前t_k时刻及其之前w-1个时刻所记录的RSSI值，可以形成一个宽度为w的数据窗口S_k＝{s_k-w+1，s_k-w+２，...，s_k}。

5.根据权利要求4所述的多移动模式无线节点距离的动态估计方法，其特征在于：所述滑动窗口S_k′为数据窗口S_k＝{s_k-w+1，s_k-w+2，...，s_k}经测量间隔对等处理得出，所述测量间隔对等处理具体为：在簇中心映射曲线CCTC上，定义宽度同为w的参考窗口CCS_i＝{μ_i-w+1，μ_i-w+２…μ_i}，基于CCS→f(T)关系可确定参考窗口中数据对应的时间序列{T_i-w+1，T_i-w+２，…，T_i}；以窗口S_k中的末端值s_k为不变点，利用公式(I)对数据窗口S_k中的数据依次进行线性迭代变换，得到变换后的数据窗口称为滑动窗口S_k′＝{s_k-w+1′，s_k-w+2′，...，s_k}；

$\begin{array}{c}\frac{{s_{k-1}}^{\′}-s_k}{s_{k-1}-s_k}=\frac{T_i-T_{i-1}}{\mathrm{\Δ}t}\\ ...\\ \frac{{s_{k-w+1}}^{\′}-{s_{k-w+2}}^{\′}}{s_{k-w+1}-s_{k-w+2}}=\frac{T_{i-w+2}-T_{i-w+1}}{\mathrm{\Δ}t}\end{array}---\left(I\right)$

其中，k≥w，Δt≠t_i-T_i-1，w≤i≤N。

6.根据权利要求5所述的多移动模式无线节点距离的动态估计方法，其特征在于：所述通过滑动窗口匹配的过程为：在由RSSI-T关系确定的簇中心映射曲线CCTC上，滑动窗口S_k′中的每个数据逐个与宽度同为w的参考窗口CCS_i＝{μ_i-w+1，μ_i-w+2…μ_i}进行数据比较，计算两个窗口对应位置上数据之间的差异和M＝|s_k-w+1′-μ_i-w+1|+…+|s_k-μ_i|，w≤i≤N；

参考窗口满足滑动匹配的标准为：与滑动窗口具有最小的差异和，即满足式(II)的参考窗口CCS_i；

$\left\{\begin{array}{cc}Min& M=|{s_{k-w+1}}^{\′}-{\mathrm{\μ}}_{i-w+1}|+...+|s_k-{\mathrm{\μ}}_i|\\ S.T.& 1\≤w\≤N,w\≤k\end{array}\right.---\left(II\right)$

基于CCS→f(D)与滑动窗口末端值s_k不变的原则，该参考窗口CCS_i的末端值μ_i所对应的d_i，即为第t_k时刻移动节点与锚节点的估计距离