一种低功耗的无线传感器网络节点定位系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络节点定位技术领域，具体涉及一种低功耗的无线传感器网络节点 定位系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络（Wirelesssensornetworks,WSNs)是综合了嵌入式计算技术、 遥感测控技术、无线通信技术和分布式信息处理技术等多个学科，交叉发展而成的军民两 用战略高新技术，是物联网技术的核心，是新一代信息技术革命的重要推动力。无线传感器 网络由大量分布式无线传感器节点（Mote)构成，实时对环境或目标监测，感知、采集相关 fg息。
[0003] 无线传感器可随机布设，以无线方式构成蜘蛛网状传感器网络，具有无数个可以 双向传送信息的路径，不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等独特优点；与无线 自组网（MobileAdHocNetworks,MANETs)不同，由于受到成本以及体积等原因的限制，无 线传感器节点的处理能力、通信带宽以及电池容量等资源更为有限。尤其是在多数应用中， 传感器节点的能量无法得到补充（如被部署在敌后或者环境恶劣的地区），如何有效利用 能源，延长网络的工作寿命成为设计的关键因素，高效节能技术成为研究热点。
[0004] 无线传感器网络有自组织、多跳路、动态拓扑等特点，节点之间通信采用中间节 点跳转路由实现。由于节点之间是对等网络，节点定位技术是无线传感器网络的关键技 术之一。现阶段常用的定位方法主要有基于测距的（Range-Based)方法和基于不测距的 (Range-fre)方法。
[0005] 基于测距的定位机制通过测量锚点和未知节点之间的距离或者角度信息，再使用 数学方法计算未知节点的位置，具体方法有信号强度测距法、到达时间及时间差测距法、时 间差定位法、到达角定位法等。由于测距法需要附加超声波发射器、阵列天线等硬件结构， 且测试过程复杂，一般应用较少。
[0006] 不基于测距的算法不需要直接测量距离，通过信标转发时计算跳数等方法实现粗 精度的定位机制然，对大多数无线传感器网络的应用已经足够。在成本和功耗方面比基于 测距的方法具有优势。一般有质心法、基于距离矢量计算跳数的算法（DV-Hop)、无定形的 (Amorphous)算法和以三角形内的点近似定位（APIT)算法等。
[0007]目前无线传感器网络节点定位技术整体尚处于初步研究阶段，主要研究成果基本 是基于网络拓扑方向，对节点级别的研究尚有不足。
【发明内容】
[0008] 本发明目的之一在于提供一种低成本、低功耗、高效率运行的低功耗的无线传感 器网络节点定位系统及方法。
[0009] 本发明提供的一种低功耗的无线传感器网络节点定位系统，包括电源模块、电源 管理模块、无线传感器模块、MCU模块、AGC模块、射频功率放大器、无线收发器和天线；
[0010] 所述电源模块通过所述电源管理模块连接所述MCU模块，所述无线传感器模块连 接所述MCU模块，所述MCU模块通过所述AGC模块连接所述射频功率放大器，所述射频功率 放大器通过所述无线收发器连接所述天线；
[0011] 所述电源模块，用于提供电源；
[0012] 所述电源管理模块，用于检测电源的储能情况，并将检测结果发送给MCU模块；
[0013] 所述MCU模块，用于控制所述AGC模块的增益以及节点的工作模式；
[0014] 所述AGC模块，用于根据所述MCU模块的控制指令控制信号的发射功率；
[0015] 所述射频功率放大器，用于放大收发信号的功率；
[0016] 所述无线收发器和天线，用于无线数据传输。
[0017] 本发明还提供了一种低功耗无线传感器网络节点定位方法，包括如下步骤：
[0018] 步骤1 :MCU模块控制AGC模块依次将携带自身锚点地址以不同功率信息发射给射 频功率放大器；
[0019] 步骤2 :所述射频功率放大器将所述信息增益后通过无线收发器和天线进行广 播；
[0020] 步骤3 :收到所述广播信息的未知节点将含本节点地址的广播信息通过所述天线 发送给所述无线收发器；
[0021] 步骤4 :所述MCU模块根据接收到的所述广播信息的先后次序完成所述未知节点 的位置标注，并滤除已经完成标注的节点。
[0022] 本发明的有益效果在于：本发明增加了AGC模块，可以使得节点间通信的功耗以 及定位由以前的固定值，变成可以灵活变换的值，由此及可以减小能量损耗，也可以使得网 络的定位更加灵活、智能化；电源管理模块通过检测电源的储能情况，来决定节点的工作模 式，从而降低系统能耗，延长网络的生命周期。
【附图说明】
[0023]图1所示为本发明低功耗的无线传感器网络节点定位系统结构示意图。
[0024] 图2所示为实施例1中单锚点下定位搜索结果示意图。
[0025] 图3所示为实施例2中多锚点下定位搜索结果示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技 术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的 技术效果。
[0027] 如图1所示，本发明提供的一种低功耗的无线传感器网络智能节点，包括电源模 块1、电源管理模块2、无线传感器模块3、MCU模块4、AGC模块5、射频功率放大器6、无线收 发器7和天线8 ;
[0028] 电源模块1通过电源管理模块2连接MCU模块4,无线传感器模块3连接MCU模块 4，MCU模块4通过AGC模块5连接射频功率放大器6,射频功率放大器6通过无线收发器7 连接天线8 ;
[0029]电源模块1，用于提供电源；
[0030] 电源管理模块2,用于检测电源的储能情况，并将检测结果发送给MCU模块4 ;
[0031]MCU模块4,用于控制AGC模块5的增益以及节点的工作模式；
[0032] AGC模块5,用于根据MCU模块4的控制指令控制信号的发射功率；
[0033] 射频功率放大器6,用于放大收发信号的功率；
[0034] 无线收发器7和天线8,用于无线数据传输。
[0035] 该智能节点采用了自动增益控制（AutomaticGainControl,简称AGC)模块，AGC 模块5能够加大或者缩小收发功率，实现该节点的无线数据收发覆盖距离的变化，从而可 以实现以单节点为锚点的节点定位技术。AGC模块5具有自动切换的功能，完成发射和接收 不同功能的切换。在发射时，MCU模块4根据需要进行预放大或者预缩小增益操作，以单位 倍数（dBm)为步进完成调节，或者直接预制到一定增益值，加大或缩小发射增益。接收信号 时，AGC模块5主要完成对接收灵敏度的调节，通过增加或者减小接收灵敏度，实现对强度 不一的信号捕捉和通信。
[0036] MCU模块4可根据