一维直线区域无线传感器网络节点定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一维直线区域无线传感器网络节点定位技术领域，具体是一种一维直 线区域无线传感器网络节点定位方法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络的研究及其应用中，没有节点位置信息的监测数据往往是没在意 义的。一旦发生某种事件，人们首先需要知道的就是传感器监测节点的地理位置信息。定 位信息除用来报告事件发生的地点外，还可W用于目标跟踪、目标轨迹预测、协助路由W及 网络拓扑管理等多个方面。
[0003] 目前常用的传感器定位方法主要有基于测距方法和基于非测距方法两大类。基 于测距的方法主要包括基于信号到达时间差、信号到达时间、信号到达角度、接受信号强度 化SSI)等多种。由于RSSI方法的硬件设备简单、成本低、且大多数通信模块都可W提供 RSSI值，因此基于RSSI测距的定位技术被广泛应用。
[0004] 但在无线电波在实际的传播过程中，会存在反射、绕射及衍射等现象，使得RSSI 值随机变化较大，会存在某一距离点测得的RSSI值有多个，同一RSSI值会对应多个位置点 的现象，该些现象使得理论上RSSI和距离之间的一一对应应关系被破坏，仅根据一个销节 点发出的RSSI值进行节点定位的精度较低。
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明把一维直线区域两端的两个销节点的RSSI 信息利用二元H次曲面多项式进行互补处理，W提高节点的定位精度。
【发明内容】
[0006] 本发明公开了一种一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，采用区域两端各 设一个销节点的方式，利用二元H次曲面多项式进行互补处理，在减少步骤、节约成本的同 时，获得了较高了定位精度。
[0007] 本发明采用的技术方案；一种一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，包括 W下步骤：
[0008] S1 ;在长度为L的一维直线区域的两端分别设置一个销节点；
[0009] S2 ;在一维直线区域内均匀分布地选择m个测量点，在每个测量点Xi(i= 1，2,…， m)处多次测量2个销节点发出的RSSI值向量巧SSIii，RSSIc);
[0010] S3 ;将巧SSIii，RSSIsi)经滤波、归一化处理后的值巧ly与测量点坐标Xi构成 的数据对{(Rii，Rsi)，x;}，建立数据样本集S;
[0011] S4 ;应用二元H次曲面多项式构建巧SSIu，RSSIsi)值与测量点位置坐标值Xi之间 的非线性映射关系模型，二元H次曲面多项式的系数由量子粒子群优化算法按数据样本集 S的误差最小的准则进行整定；
[0012] S5 ;在定位时，将未知节点j的巧U，RsP值输入到上述二元H次曲面多项式，二元 H次曲面多项式输出结果即为节点Xj.坐标的估计值;。
[0013] 本发明的有益效果；无需常规定位方法中的环境参数估计和节点测距等步骤，定 位精度高，计算量小，成本低廉，可用于矿山巷道、石油天然气长输管道、铁路公路交通沿 线、隧道等一维直线区域的无线传感器网络节点定位系统中。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明一维直线区域的传感器网络节点部署示意图。
【具体实施方式】
[0015] 一种一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，在长度为L的一维直线区域 的两端分别设置一个销节点；在该一维直线区域内近似均匀分布地选择m个测量点，在每 个测量点Xi(i= 1，2，…，m)多次测量2个销节点发出的RSSI值向量（RSSIii，RSSl2i); 将巧SSIii，RSSl2i)经滤波、归一化处理后的值巧与测量点坐标Xi构成的数据对 {(R…ly，Xi}，建立数据样本集S;应用二元曲面多项式构建（R…ly值与*1量点位置 坐标值Xi之间的非线性映射关系模型，二元H次曲面多项式的系数由量子粒子群算法按数 据样本集S的最大相对误差和平均相对误差同时最小的准则进行整定；在定位时，将未知 节点j的巧wRsP值输入到上述二元H次曲面多项式，二元H次曲面多项式输出结果即为 节点坐标义斯估计值；^,.。
[0016] 为使本发明的技术方案和优点更加清楚，现W长度L为50m的一维直线区域内的 节点定位为例，作进一步说明。
[0017] 步骤S1 ;实施例中，在长度L为50m的一维直线区域两端分别设置一个销节点， 如图1中的销节点1和销节点2所示。设销节点1的坐标位置为Om，销节点2的坐标位置 为 50m;
[0018] 步骤S2 ;实施例中，在一维直线区域内均匀分布地选择24个测量点，每个测量点 相距2m，其位置为2,4,6,…，46,48m，在每个测量点Xi(i= 1，2，…，24)分别测量10次2 个销节点发出的RSSI值向量巧SSI。，RSSIsi);
[0019] 步骤S3 ;将巧SSIii，RSSIn)经滤波、归一化处理后的值巧R2i)与测量点坐标Xi 构成的数据对（化"，1?21)，^1}，建立数据样本集5。实施例中，采用平均值滤波，其表达式为：
[0020]
【主权项】
1. 一种一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，包括以下步骤： 51 :在长度为L的一维直线区域的两端分别设置一个锚节点； 52 :在一维直线区域内均匀分布地选择m个测量点，在每个测量点Xi(i= 1，2,…，m) 处多次测量2个锚节点发出的RSSI值向量（RSSIn，RSSI2i); 53 :将（RSSIn，RSSI2i)经滤波、归一化处理后的值（Rn，R2i)与测量点坐标\构成的数 据对{(Rn，R2i)，Xi}，建立数据样本集S; 54 :应用二元三次曲面多项式构建（RSSIn，RSSI2i)值与测量点位置坐标值\之间的非 线性映射关系模型，二元三次曲面多项式的系数由量子粒子群优化算法按数据样本集S的 误差最小的准则进行整定； 55 :在定位时，将未知节点j的值输入到上述二元三次曲面多项式，二元三次 曲面多项式输出结果即为节点&坐标的估计值I。
2. 根据权利要求1所述的一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，其特征在于： 步骤S4中所述的量子粒子群优化算法，其适应度函数表达式为：
式中：&为模型输出值，Xi为模型期望输出值，mean为取算术平均值函数，max为取最 大值函数，i=l，2，…，m。
3. 根据权利要求1所述的一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，其特征在于： 步骤S4中所述的二元三次曲面多项式的标准式为：
式中：七为测量点坐标估计值。
4. 根据权利要求1所述的一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，其特征在于： 步骤S3中所述的滤波方式采用平均值滤波，其表达式为：
式中：R：^lh为11次测得RSSIn值的滤波值，反这121为n次测得RSSI2i值的滤波值，mean 为求算术平均值函数，RSSInu)为第j次测得的RSSIn值，RSSI2iu)为第j次测得的RSSI2i 值，i=l，2，...，m，j=l，2，...，n。
5. 根据权利要求1所述的一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，其特征在于： 步骤S3中所沭的归一化的公式为：
式中：max为求最大值函数，Rn和R2i分别为rUl*ksSl2i规一化后的值。
【专利摘要】本发明公开了一种一维直线区域无线传感器网络节点定位方法，采用区域两端各设一个锚节点的方式，在直线区域内均匀选取N个测量点，多次测量RSSI值，并进行滤波、归一化处理，利用二元三次曲面多项式进行互补处理，在减少步骤、节约成本的同时，获得了较高了定位精度，本发明无需常规定位方法中的环境参数估计和节点测距等步骤，定位精度高，计算量小，成本低廉，可用于矿山巷道、石油天然气长输管道、铁路公路交通沿线、隧道等一维直线区域的无线传感器网络节点定位系统中。
【IPC分类】H04W64-00, H04W84-18
【公开号】CN104703277
【申请号】CN201510115567
【发明人】黄为勇, 赵文婧, 张艳华, 陈豹, 王 义, 田传耕, 徐晓菊, 朱永红, 陈奎, 高玉芹, 郭超沛, 王朋
【申请人】徐州工程学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月17日