基于质心迭代估计的节点定位方法_2

文档序号:9551949阅读:来源:国知局
2)迭代过程中采用连通信标节点的坐标及其与未知节点0间的接收信号强度 (Receivedsignalstrengthindication,简称RSSI)计算当前连通信标节点所围成区域 的质心坐标及其与未知节点间的距离,用未知节点替代与质心最远的信标节点以保证缩小 未知节点所处区域,RSSI测量误差系数变化对本发明公开的定位方法的相对误差基本没有 影响,即本发明具有较好的抗RSSI误差能力;
[0023] (3)根据未知节点是否处于连通节点组成的三角形区域内的条件设定迭代终止条 件,当未知节点位于连通信标节点所围的某三角形内时记录该三角形端点并设定使未知节 点始终位于三角形内的阈值、当未知节点在连通信标节点所围的所有三角形外时设定使迭 代质心无限接近未知节点的阈值,有利于缩小未知节点所处区域;
[0024] (4)在迭代过程中选取的与未知节点之间RSSI最弱信标节点为记录了的端点且 未知节点不在分割后的新三角形内时,将该与未知节点之间RSSI最弱信标节点从可替换 的连通信标节点集合中剔除并重新选取与未知节点之间RSSI最弱信标节点,进一步缩小 未知节点所处区域。
[0025] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变 得明显,或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0026] 图1 (a)为未知节点位于相邻两次迭代质心所确定直线偏上方的示意图,图1 (b) 为未知节点位于相邻两次迭代质心所确定直线偏下方的示意图,图1(c)为未知节点位于 起始连通信标节点Sis2s3所围成平面外部的示意图。
[0027] 图2为基于质心迭代估计的节点定位方法的整体流程图。
[0028] 图3为相对定位误差随信标节点比例变化曲线。
[0029] 图4为相对定位误差随距离测量误差系数变化曲线。
【具体实施方式】
[0030] 下面详细描述本发明的实施方式,下面通过参考附图描述的实施方式是示例性 的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
[0031] 本领域的技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术 语和科学术语)具有本发明所属技术领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应 该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的 意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0032] 本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图,附图中的模块或 流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0033] 假设在二维平面上存在未知节点0,其真实坐标为(X,y)。与节点0相连通的信标 节点N个,分别为SiS2S3......SN,其中第k个连通信标节ASk坐标为(xk,yk),与节点 〇之间距离为dk,则有:
[0034]
(1)
[0035] 考虑由SiS2S3...... 3,围成的二维平面,其质心及的坐标为,有:
[0036]
(2)
[0037] 则该质心&与节点〇之间距离为:
[0038]
(3)
[0039] 将公式(2)代入公式⑶得:
[0040]
[0041] 其中,当i辛j时,有:
[0042] 2 (χ;-χ) (xj-χ) = 2χ?χ?-2χ?χ-2χ?χ+2χ2
[0043] (5)
[0044] = (χ;-χ) 2+(χ^χ)2-(x^Xj)2
[0045] 2 (yry) (y.厂y) = 2y;y.厂273-2γ#+2γ2
[0046] (6)
[0047] = (yj-y) 2+ (y.-y)2_ (yi_y.j)2
[0048]将公式(5)-(6)带入公式(4),可得:
[0049]
[0050] 因此,已知第k个连通信标节点坐标(xk,yk)及其与未知节点0之间距离dk,通过 公式(2)和公式(7)可以获得该连通信标节点所围成空间质心备的坐标和该质心:? 与未知节点〇之间距离气。
[0051] 将公式(7)进一步化简,可得:
[0052]
[0053]
[0054]
[0055] 其中,屯表示信标节点51与S,之间的距离。不失一般性,假设N个连通信标节点 Sis2s3......sN与未知节点0之间距离满足以下关系:
[0056] 0<(1^dd3...... ^dN ^dN (10)
[0057] 带入公式(9)中有:
[0058]
[0059] 综合公式(7) - (11),可得结论:
[0060] ,七 (12)
[0061] 即在已知的N个连通信标节点SiS2S3......SN*,至少存在一个信标节点SN, 其到达未知节点〇的距离dN-定大于所求得当前质心6,与未知节点0之间距离4。因此, 考虑利用当前质心8,替代距离未知节点〇最远的信标节点sN,此时新的n个连通信标节点 SiS2S3......SN1及所围成平面一定小于原N个连通信标节点SiS2S3...... 围成平面,可以进一步缩小未知节点0所在平面范围,通过多次迭代提高节点定位精度。
[0062] 然而,计算连通信标节点与未知节点间距离会大大增加网络的计算量和通信开 销。因此,考虑利用未知节点0所接收到连通信标节点的RSSI替代距离信息,实现定位方 法迭代。假设未知节点0接收到第k个连通信标节点&的RSSI为Pk,根据信号在自由空 间传播理论有:
[0063]
[0064] 其中,Μ为常参数。对公式(13)两边取对数,有:
[0065] 101og10Pk=lOlog10Pref+10M[(log10dref)-(log10dk)] (14)
[0066] 令cU= 1,则P"f为与未知节点0距离lm处信号强度,代入公式(14),可得:
[0067] 101og10Pk= -[A+10M(log10dk)] (15)
[0068] 其中:
[0069] A= -101og10Pref (16)
[0070] 根据实际环境不同,一般A值的最佳范围为45~49,M值最佳范围为3. 24~4. 5。 根据公式(13)-(16),化简可得:
[0071]
(17)
[0072] 将其带入公式(8),待估计节点0接收到当前质心.?.的RSSI为% 计算可得:
[0073]
[0074]根据公式(2)和公式(18),经过多次迭代可以不断缩小未知节点0所在平面范围, 提高节点定位精度。
[0075] 考虑正确的设定迭代结束条件,希望可以利用较少的迭代次数获得较好的定位精 度,同时避免陷入死循环中。假设第η次迭代时,N个连通信标节点为SiS2S3......SN, 根据公式(8)-(9)可知所获得质心瓦与未知节点0间距离满足:
[0076]
(19)
[0077] 其中,dk为连通信标节点Sk与未知节点0间距离;d^为连通信标节点Si与连通 信标节点S,间距离。同样假设d,满足公式(10),则第n+1次迭代时,N个连通信标节点为 SiS2S3......SNi在,根据公式(8)-(9)可知所获得质心,与未知节点0间距离 满足:
[0078]
[0079] 兵甲,73迕通1目称τ点&与弟η/久达代所犾侍质心|日」距呙。囚此_伏迭代所获得质心的定位距离满足:
[0083] 根据公式(12),易得结论F3>0。假设第k个连通信标节点Sk坐标为(Xk,yk),根据公式(1)_⑶,可得
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