专利名称：一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法
技术领域：
本发明适用于监狱、看守所、精神病院、戒毒所、居住小区、医院、养老院、幼儿园等 场所的多移动目标监控，特别涉及一种基于融合无线射频识别的无线传感器网络的多移动 目标定位方法。
背景技术：
诸如监狱、看守所、精神病院和戒毒所等场合的以人为移动目标的定位在这些场 合的治安防控、侦查破案、应急处突等现代化监控管理中有着极其重要的作用，一直是人们 亟需解决而又未能真正有效解决的关键问题。以监狱服刑人员和警务人员作为多移动目标 定位的监控管理为例。监狱是关押、管理服刑人员的场所，是社会文明的窗口和聚焦点。但 目前我国监狱在建设与管理方面由于警力不足、地点偏僻、交通不便、占地面积大、监控点 多和监狱周界长等问题，几乎所有的监狱都安装了视频监控系统来对其服刑人员和警务人 员进行定位跟踪的监控管理。即使这样，仍存在着其自身的局限性。主要有(1)由于摄像机的视角范围、方向有限，像监狱这样数量较大的多移动目标(人) 定位跟踪的准确率较低，而且系统失去目标的可能性较大；(2)系统缺乏数据分析能力，完全凭借人眼做出判断，这就需要投入大量的人力， 系统的自动化程度不高；(3)安装繁琐，可靠性低，很难做到无人值守，不能依据图像内容实现自动报警监 控；(4)缺乏一定的准确性和灵活性。如果要对大量对象中的某个特定对象进行定位 跟踪监控，就要求首先从监控视频上辨识出这个特定对象，然后才能实施跟踪。然而，在众 多的对象中辨识出这个特定对象是件费力的工作。而且，即使锁定了目标，如果其一直处于 活动状态，要实时监控其动作同样是件困难的事，更谈不上动态的定位精度。因此，像监狱这样及其类似的场合靠安装大量的视频监控系统不仅耗费大量人力 资源，而且效率低下，加之人体生物特性(比如视觉疲劳、注意力不能长时间集中等)的原 因，出现漏警是常有的事。这就要求监控系统不仅要有较强的防范打击能力及越界报警功 能，而且要具有较高的自动化、智能化和自动响应报警信号，并能根据报警信号的来源和性 质做出判断、向管理人员提供相应的处理方案和启动某些防范手段的能力，从而减小管理 人员的工作强度，提升快速反应效率。由上可以看出，视频监控系统很难应用于情况复杂并要求具备动态、实时、全面、 准确、灵活和无人值守的监控场合。试图解决上述存在问题，人们将无线射频识别技术用于上述场合的定位监控系 统。射频识别技术(RFID-RadioFrequency Identification)，是一种非接触式自动 识别技术。RFID技术的应用最早可追溯到第二次世界大战时期，美军曾用于识别盟军飞机。 2004年11月初，美国《VAR Business》杂志完成的一项技术状况调查报告，评出了 2005年“七大热门科技走向”，其中把RFID技术作为2005年科技业的突破性技术。二十一世纪初， 一些发达国家首先将RFID技术运用于监狱等场所的定位监控。到2006年，美国有5个监 狱、欧洲有2个监狱应用了 RFID技术对监狱中移动的服刑人员和警务人员进行定位。另 外，在新加坡、马来西亚等国的部分监狱定位监控管理中亦有试点性应用。在引入RFID技 术后，这些监狱发生越狱、攻击等事件的次数有了下降。但不幸的是，经过使用实践证明，尽 管RFID定位在一定的范围和使用情况下有一定作用，但仍存在难以克服的缺陷，主要有(1)射频识别标签的识别距离和识别正确率尚不能满足需要。目前无源射频识别 标签的识别距离相当有限，最长也只有6米左右，而一般在10厘米以内。而根据无源射频 识别的信号通信原理，达到上述识别距离是靠增大读写器的无线发射功率来实现的，而过 大的无线发射功率对人体有着不同程度的危害，无源电子标签由于通信距离太近，难以实 现定位，主要用于人员管理。有源电子标签靠电池供电，通信距离远，一般能达到几十米以 上，发射功率小，在一定的无线通信功率范围内对人体没有危害。当有源电子标签处于读写 器的通信范围内就可以被探测到，具有一定的定位能力，但是定位精度很低，主要作为一种 粗糙的人员定位管理手段，不能跟踪目标。(2)在定位的准确性、部署的灵活性和扩展的功能性等方面仍不能满足应用要求， 尽管在系统的其它方面，如读写器、监控终端等做一些弥补也还使用户的满意度不高。(3)系统成本较高，主要表现在读写器上，特别是在需要增加监控的覆盖范围而增 加读写器的数量时更是如此，而且读写器的组网目前尚未完全形成一个公认的标准。由于上述缺陷，到目前为止RFID定位无论在上述有着应用试点的国家，还是在全 球都未能得到应用推广的重要原因。综上所述，无论是视频监控系统，还是RFID定位都不能满足监狱等类似场合的定 位监控的现代化管理要求。为了有效解决上述问题，本发明提出将RFID技术融合到无线传感器网络 (Wireless Sensor Networks-ffSN)中，借助RFID技术的优势，克服其缺陷，利用无线传感器 网络可在统一的标准协议下组网、大范围扩展及可靠远传，系统分布性、自组织性、动态可 重构性、多跳路由、环境适应性和系统安装、维护及成本等方面的优势来构造其定位监控系 统，即融合RFID的无线传感器网络(WSID-WSN SyncretizingRFID)定位监控系统，实现对 监狱等场所的多移动目标进行定位。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法。 它无需监管人员在监控终端不间断值守，可以克服由于人体生物特性(比如视觉疲劳，注 意力不能长时间集中等)的原因出现的漏报，此外，在不熟悉对象的情况下，能迅速从众多 对象中辨识出某个特定对象，从而减小监管人员工作强度，加强快速反应能力，提高管理效率。技术方案一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法，建立定位系统，所述 定位系统包括标签、节点、基站和监控终端，具体定位步骤如下
1. 1.将节点固定部署在预定位置上，上电初始化；1. 2.设置节点的位置坐标，基站分别为各个节点配置ID并建立各节点间的位置 关系数据库，再将所有节点的ID和位置关系数据库分别发送给各个节点；1.3.在移动目标上设置标签，标签上电初始化，基站向各个节点发出建立网络的 数据包，建立网络，随后发送建立簇和确定簇头的数据包，对网络进行分簇，收到包含簇头 信息的数据包的节点作为簇头节点，其它节点作为普通节点；1. 4. 一旦设置有标签的移动目标进入定位区域，节点和移动目标上的标签通过自 校正定位算法计算移动目标的位置坐标，所述标签采用电池供电；1. 5.标签将移动目标的位置信息通过节点经多跳路由发送到基站，基站在采集到 移动目标的位置信息后，通过Internet、GPRS或TD-SCDMA等网络将移动目标的位置信息发 送至监控终端。上述定位方法中，所述建立簇的工作流程更具体地包括下列步骤2. 1.簇头节点向整个网络发出广播分簇请求信息，若标签收到该广播分簇请求信 息并判断自己位于簇区域内，则标签向簇头节点发送确认信息；2. 2.标签测量到单个簇头节点广播分簇请求信息的RSSI值与簇头节点设定并发 送的RSSItl边界值进行比较，若RSSI ^ RSSItl，则确定该簇头节点为此标签所处簇区域的簇 头，并返回一个确认信息给簇头节点，若RSSI < RSSItl，则丢弃该数据包。若标签测量到多个簇头节点的广播分簇请求信息的RSSI ^ RSSI0,则标签按照每 个簇区域中标签数趋均原则确定簇头，若各个簇区域中标签数目均等，则标签按照随机原 则确定簇头，若标签测量到多个簇头节点的广播分簇请求信息的RSSI < RSSI0,则丢弃该数 据包。RSSI (Received Signal Strength Indication)是接收的信号强度指示，由定位 系统WSID标签和WSID节点上的CC2430或CC2431芯片直接测量得到，测量所得的数据会自 动存入其芯片存储器。RSSItl为事先设定的标签在簇区域边界时接收到的簇头节点发送的 信号强度边界值，该值根据系统节点以及标签的无线信号覆盖强度和实际应用需求确定；2. 3.簇头节点在收到标签的确认信息后，就将此标签加入该簇区域，之后，簇头节 点在此标签离开簇区域前一直接收其位置信息，而丢弃未发回确认信息的标签发送的数据 包。上述定位方法中，节点和标签能够校正RSSI测距和节点坐标误差，其过程包括自 校正过程和定位过程3. 1.自校正过程3. 1. 1.由网络基站给一个待校正节点分配一个校正令牌并设校正令牌的初值为 0 ；3. 1. 2.获得校正令牌的待校正节点以广播的形式向其它节点发出校正申请，收到 校正申请的节点作为校正协助节点将自身的ID信息发给待校正节点；3. 1. 3.待校正节点收到校正协助节点的ID信息的同时，记录下各个校正协助节 点无线信息的RSSI值，根据无线电传输模型计算待校正节点和协助校正节点之间的测量 距离，根据待校正节点和校正协助节点的实际坐标计算待校正节点和协助校正节点之间的 实际距离，用i表示校正协助节点的个数，将待校正节点和校正协助节点之间的实际距离存入数组D = {屯，屯，知...，dj，将待校正节点和校正协助节点之间的测量距离存入数组 Dc — {dci，dc2，dc3，· · ·，dci}；3. 1. 4.待校正节点计算RSSI测距自适应加权校正系数μ，公式如下其中，
<P,
1
H/Σ其中，ej= (drdcJ)/dcJ，ep = (dp-dcp)/dcp, 1彡 j 彡 i，l 彡 1彡 i，l 彡 ρ 彡 i，i， j，1和P均为正整数，i根据实际应用需求取值，如取100，dj表示待校正节点和第j个校正 协助节点之间的实际距离，dCJ表示待校正节点和第j个校正协助节点之间的测量距离，dck 表示待校正节点和第k个校正协助节点之间的测量距离，dp表示待校正节点和第ρ个校正 协助节点之间的实际距离，d。p表示待校正节点和第ρ个校正协助节点之间的测量距离；3.1.5.用RSSI测距自适应加权校正系数对3. 1.3中的测量距离进一步校正， 得出待校正节点和各个校正协助节点之间的校正距离并存入数组D'。={d' cl, d'。2， d'。3，...，d'。J，计算公式如下 d'
Cj
=dCJ.(l+y)其中，1彡j ^ i，i，j均为正整数，i根据实际应用需求取值，如取100，d'。」.表 示待校正节点和第j个校正协助节点之间的校正距离，d。」表示待校正节点和第j个校正协 助节点之间的测量距离。3. 1. 6.根据三角形定位原理计算待校正节点的坐标，用m表示由三角形定位原理 计算获得的待校正节点的坐标个数，用(\，y》，(xs，ys)，(xt，yt)分别表示任意三个不共线 的校正协助节点的坐标，用d' cr,d'。s，d'。t分别表示待校正节点c和协助校正节点之间
表示三角形定位 ，y' ι)，(χ' 2，
的校正距离，节点r，S, t的坐标分别是(Xr，yr)，(xs, ys)，(xt, yt)，用
原理计算获得的待校正节点的坐标，将所有的坐标存入数组Z' = {(χ ι' 2)，，...，(x' ffl,y' m)}，坐标计算公式如下
xl-^+yl-y' + dl-dl其中，d ，d。s，d。t分别表示待校正节点c和校正协助节点r，s, t之间的实际距离。3. 1. 7.将步骤3. 1. 6获得的待校正节点的m个计算坐标平均，获得待校正节点的 计算坐标，然后将待校正节点的实际坐标减去计算坐标，获取待校正节点坐标误差(ex，ey)， 计算公式如下
I)2(Λ-ι乂-U2(ys-y) _
91 m
=χ-_Σχ:
m ν=ιj1 m
tm ν=ι其中，1彡ν彡m，ν及m为正整数，m根据实际应用需求取值，如取100，(x，y)表 示待校正节点的实际坐标，(X' v，1' v)表示由步骤3. 1. 6中根据三角形定位原理计算的 待校正节点的第ν个坐标；3. 1. 8.判断校正令牌的值，若校正令牌的值小于系统中节点个数，则还存在未校 正的节点，将校正令牌发送给未校正节点，重复步骤3. 1. 2至步骤3. 1. 7 ；若校正令牌的值 等于系统中节点个数，则不存在未校正节点，将校正令牌交还网络基站。3. 2.定位过程3. 2. 1.各个标签广播自身ID信息，然后进入接收状态等待各个节点数据；3. 2. 2.网络中的各个节点不断侦听标签的无线信息，用η表示本节点接收标签信 息的个数，各个节点接收到标签信号的同时记录标签的ID和RSSI值，并通过无线电传输模 型独立计算本节点和各个标签之间的测量距离，并存入数组A。= {acl, ac2, ac3, . . .，acn}；3. 2. 3.各个节点独立对3. 2. 2中步骤中所得到的本节点和各个标签之间的测量 距离进行校正，获得本节点和各个标签之间校正距离并存入数组A'。={a' cl, a'。2，
3.... j 3. cn
}，校正公式如下a' cq = acq(l+y)其中，1 < q < η，η为正整数，其取值根据实际应用需求取值，如取10000，a' cq节 点和第q个标签之间校正距离，acq是步骤3. 2. 2中的测量本节点和第q个标签之间距离；3. 2. 4.各个节点依据标签ID将本节点和各个标签之间的校正距离和步骤3. 1. 7 获得的节点坐标误差(ex，ey)同时发送给标签；3. 2. 5.各个标签收到节点的信息后，根据各个节点提供的节点和本标签之间的校 正距离，独立计算出本标签初步坐标，用M表示由三角形定位原理计算获得的标签的初步 坐标个数，M为正整数，其取值根据实际应用需求取值，如取10000，用(\，乙)，(XS，YS)，(Xt， Yt)分别表示任意三个不共线的r、s、t节点坐标，用a' cr,a' cs,a'。t分别表示本标签和
节点r、s、t坐标(Xr，Y》，(XS，YS)，(Xt，Yt)之间的校正距离，用$表示标签的初步坐标，
将所有坐标存入数组2={(Ζ'/,Γ/)，(X' 2，Υ' 2)，...，(Χ' Μ，Χ' Μ)}，计算公式如下
"^；"-式)2(r- -1「JT Γ-X' +Y2 -Y12 +·α2-α21 t r t cl cr_2(X一不)2(Y- .X2 _ S-X2 +Y2 -Y2 +α2-α2S t Ct CS _ 3. 2. 6.各个标签根据步骤3. 2. 5计算所得初步坐标独立计算出标签的计算坐标， 用表示标签的计算坐标，计算公式如下
3. 2. 7.各个标签根据所收到的所有节点的坐标误差独立计算出网络定位误差[， [，计算公式如下 其中，N表示被本标签接收到信息的节点个数，N为正整数，其取值根据实际应用 需求取值，如取100，exz表示节点ζ的X坐标误差，eyz表示节点ζ的Y坐标误差；3. 2. 8.各个标签独立计算自身最终位置坐标(X，Y)，公式如下有益效果1.本发明提出将RFID技术融合到无线传感器网络中，构成用于多移动目标非视 觉监控的融合无线射频识别的无线传感器网络定位系统，对监狱等场所的多移动目标进行 定位，克服了视频监控中视角范围和方向有限、安装繁琐、自动化程度不高、可靠性低等弊 端及无线射频识别技术存在的识别距离短、正确识别率低下、不能灵活部署和扩展、成本较 高等不足，从而减小监管人员工作强度，加强快速反应能力，提高管理效率。2.本发明在基于融合无线射频识别的无线传感器网络多移动目标定位系统中采 用分簇策略，有效地避免了数据冲撞。由于监狱等场所的移动目标数量较大，节点如果将标 签的位置信息经多跳路由发送到基站会造成网络数据冲撞，采用分簇策略，可以有效地缓 解数据流量，减轻网络通信负荷。3、本发明设计了自校正定位算法，减小了定位误差，提高了定位精度。自校正定位 算法的实现过程可以分为校正过程和定位过程两个独立的部分。校正过程主要获得节点 RSSI测距自适应加权校正系数和节点坐标误差。定位过程主要由基站根据节点测得的重点 监控对象标签的距离数据，通过计算得到更加精确的坐标。4、本发明由于具有上面2和3中所述的特点，基于融合无线射频识别的无线传感 器网络多移动目标定位系统在工作时，网络负担和位置计算全部由节点和基站负担，几乎 不增加系统通信量，这样可以有效降低标签能量损耗，延长网络寿命。
图1是基于融合无线射频识别的无线传感器网络多移动目标定位系统框图。图2是基于融合无线射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法的流程图。图3是无线传感器网络的分簇流程图。图4是自校正定位算法的自校正流程图。
图5是自校正定位算法的定位流程图。图6是监狱监室和过道中系统框图。图7是监狱楼道中系统框图。图8是监狱生产区中系统框图。
具体实施例方式如图1，一种基于融合无线射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法的实 现系统中包括(WSID)标签、(WSID)节点、基站和监控终端，各部分的功能包括(WSID)标签采用由德州仪器公司(TI-Texas Instruments)生产的CC2430或 CC2431芯片，并根据德州仪器公司提供的说明书进行制备，采用电池供电，设置在位置未知 的移动目标上，能利用节点的RSSI值和位置坐标信息计算出自身的位置，并通过节点发送 出去，标签之间无需直接通信；WSID 节点采用德州仪器公司(TI-Texas Instruments)生产的 CC2430 或 CC2431 芯片，并根据德州仪器公司提供的说明书进行制备，采用有源供电或大容量电池供电，事先 布置在固定地理位置上且位置坐标已知，向监控区域标签广播自身位置信息，同时将标签 的位置信息经多跳路由发送到基站，并能够通过RSSI值测量距离和计算位置坐标；基站能够采集和处理节点发送的标签位置信息，并与PC机或Internet、GPRS、 TD-SCDMA等网络进行通信，将现场数据送达监控终端(包括本地监控终端、远程监控终端 和智能手机终端)。如图2，一种基于融合无线射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法的具 体定位步骤如下1. 1.将节点固定部署在预定位置上，上电初始化；1. 2.设置节点的位置坐标，基站分别为各个节点配置ID并建立各节点间的位置 关系数据库，再将所有节点的ID和位置关系数据库分别发送给各个节点；1.3.在移动目标上设置标签，标签上电初始化，基站向各个节点发出建立网络的 数据包，建立网络，随后发送建立簇和确定簇头的数据包，对网络进行分簇，收到包含簇头 信息的数据包的节点作为簇头节点，其它节点作为普通节点；如图3，无线传感器网络分簇 的具体步骤如下1. 3. 1.簇头节点向整个网络发出广播分簇请求信息，若标签收到该广播分簇请求 信息并判断自己位于簇区域内，则标签向簇头节点发送确认信息；1. 3. 2.标签通过CC2430或CC2431芯片测量到单个簇头节点广播分簇请求信 息的RSSI值与簇头节点设定并发送的RSSItl边界值(SRSSIciS-SOdB)进行比较，若 RSSI ^ RSSItl,则确定该簇头节点为此标签所处簇区域的簇头，并返回一个确认信息给簇头 节点，若RSSI < RSSItl，则丢弃该数据包，若标签通过CC2430或CC2431芯片测量到多个簇头节点的广播分簇请求信息的 RSSI ^ RSSItl,则标签按照每个簇区域中标签数趋均原则确定簇头，若各个簇区域中标签数 目均等，则标签按照随机原则确定簇头，若标签测量到多个簇头节点的广播分簇请求信息 的RSSI < RSSItl，则丢弃该数据包；1. 3. 3.簇头节点在收到标签的确认信息后，就将此标签加入该簇区域，之后，簇头节点在此标签离开簇区域前一直接收其位置信息，而丢弃未发回确认信息的标签发送的数 据包。1.4. 一旦移动目标进入定位区域，节点和移动目标上的标签通过自校正定位算法 计算移动目标的位置坐标，所述标签采用电池供电；如图4和图5，自校正定位算法包括自 校正过程和定位过程，具体步骤如下1.4. 1.自校正过程1. 4. 1. 1.由网络基站给一个待校正节点分配一个校正令牌并设校正令牌的初值 为0;1. 4. 1. 2.获得校正令牌的待校正节点以广播的形式向其它节点发出校正申请，收 到校正申请的节点作为校正协助节点将自身的ID信息发给待校正节点；1.4. 1.3.待校正节点收到校正协助节点的ID信息的同时，记录下各个校正协助 节点无线信息的RSSI值，根据无线电传输模型计算待校正节点和协助校正节点之间的测 量距离，根据待校正节点和校正协助节点的实际坐标计算待校正节点和协助校正节点之间 的实际距离，用i表示校正协助节点的个数，将待校正节点和校正协助节点之间的实际距 离存入数组D = {di; d2，d3，...，dj，将待校正节点和校正协助节点之间的测量距离存入数 组D。= {dcl, d。2，d。3，... , dci}；所述无线电传输模型如下首先计算参考距离为1米时的能量衰减Loss，计算公式如下Loss = 32. 4+10Klg (0. 001) +IOKlg (f)其中，K为路径衰减因子，取K = 3.5，f为无线信号频率，f = 2.4GHz。通过RSSI 计算时，Loss作为事先测得的已知量。由于天线的发射功率和增益已知，设P为发射功率， G为天线增益，根据所测得的RSSI值，通过下式计算出距离d
1P+G-RSSI-Loss-Xa d =-e λ0Κ
1000其中，X。为平均值为0的高斯分布随机变数，取X。= 5。1. 4. 1. 4.待校正节点计算RSSI测距自适应加权校正系数μ，公式如下其中，
1 1
φ‘ ---+--
aCkP=\ eP其中，ej = (drdcJ)/dcJ, ep = (dp_dcp)/dcp，1 彡 j 彡 i，1 彡 1 彡 i，1 彡 ρ 彡 i，i， j，1和P均为正整数，i根据实际应用需求取值，如取100，dj表示待校正节点和第j个校正 协助节点之间的实际距离，dCJ表示待校正节点和第j个校正协助节点之间的测量距离，dck 表示待校正节点和第k个校正协助节点之间的测量距离，dp表示待校正节点和第ρ个校正协助节点之间的实际距离，d。p表示待校正节点和第ρ个校正协助节点之间的测量距离；
1.4. 1.5.用RSSI测距自适应加权校正系数对1.4. 1. 3中的测量距离进一步校正， 得出待校正节点和各个校正协助节点之间的校正距离并存入数组D'。={d' cl, d'。2， d'。3，...，d'。J，计算公式如下
cj
=dCJ(l+y)d'其中，1彡j彡i，i根据实际应用需求取值，如取100，d' cJ表示待校正节点和第 j个校正协助节点之间的校正距离，dCJ表示待校正节点和第j个校正协助节点之间的测量距离。1. 4. 1. 6.根据三角形定位原理计算待校正节点的坐标，用m表示由三角形定位原 理计算获得的待校正节点的坐标个数，用(\，y》，(xs，ys)，(xt，yt)分别表示任意三个不共 线的校正协助节点的坐标，用d' cr,d'。s，d'。,分别表示待校正节点和协助校正节点(^，
yr), (xs，ys)，(xt，yt)之间的校正距离，用
表示三角形定位原理计算获得的待校正节点 ‘y' ι) (χ' 2' y' 2)，，· · ·，(χ' m，y' m)}，
“t "_ 乂丨)2( 乂-X)2(xs-^l)2(ys-兄)
的坐标，将所有的坐标存入数组Z' ={(x' i;y 坐标计算公式如下其中，d ，d。s，d。t分别表示待校正节点c和校正协助节点r，s, t之间的实际距离。1. 4. 1. 7.将步骤1. 4. 1. 6获得的待校正节点的m个计算坐标平均，获得待校正 节点的计算坐标，然后将待校正节点的实际坐标减去计算坐标，获取待校正节点坐标误差 (ex, ev)，计算公式如下
1
^=^-—Σ χν
1
e =
y
y-—Σ 乂 m rr其中，1彡ν彡m，ν及m为正整数，m根据实际应用需求取值，如取100，(x, y)表 示待校正节点的实际坐标，(X' v，1' v)表示由步骤3. 1. 6中根据三角形定位原理计算的 待校正节点的第ν个坐标；1.4. 1.8.判断校正令牌的值，若校正令牌的值小于系统中节点个数，则还存在未 校正的节点，将校正令牌发送给未校正节点，重复步骤1. 4. 1. 2至步骤1. 4. 1. 7 ；若校正令 牌的值等于系统中节点个数，则不存在未校正节点，将校正令牌交还网络基站。1.4. 2.定位过程1·4·2·1·1·4·2·2·
各个标签广播自身ID信息，然后进入接收状态等待各个节点数据； 网络中的各个节点不断侦听标签的无线信息，用η表示本节点接收标签 息的个数，各个节点接收到标签信号的同时记录标签的ID和RSSI值，并通过无线电传输
模型独立计算本节点和各个标签之间的测量距离，并存入数组A。= {acl, ac2, a(
丄c3， 1. 4. 2. 3.各个节点独立对1. 4. 2. 2中步骤中所得到的本节点和各个标签之间的 测量距离进行校正，获得本节点和各个标签之间校正距离并存入数组A'。= Ia'
Cl
a
c2，3. ... j 3. cn }，校正公式如下a' cq = acq(l+y)其中，1 < q < η，η为正整数，其取值根据实际应用需求取值，如取10000，a' cq节 点和第q个标签之间校正距离，a。,是步骤1. 4. 2. 2中的测量的本节点和第q个标签之间距 罔；1. 4. 2. 4.各个节点依据标签ID将本节点和各个标签之间的校正距离和“技术方 案”中步骤3. 1. 7获得的节点坐标误差(ex，ey)同时发送给标签；1. 4. 2. 5.各个标签收到节点的信息后，根据各个节点提供的节点和本标签之间的 校正距离，独立计算出本标签初步坐标，用M表示由三角形定位原理计算获得的标签的初 步坐标个数，M为正整数，其取值根据实际应用需求取值，如取10000，用(Xp Yr), (Xs, Ys)， (Xt，Yt)分别表示任意三个不共线的节点坐标，用a' cr,a' cs,a'。t分别表示本标签和节
点(I，Y》，(Xs, Ys), (Xt, Yt)之间的校正距离，用毋表示标签的初步坐标，将所有坐标存
入数组各{(U'/)，(J^,r2),...，(XW,XW)}，计算公式如下
~2(Xr-式)2(Κ- -ι[X2-X2 +Y2-Y； +α2 ~α r ι r t ct—足)2(Y- .X2-X2 +Y2-Y2 +α2-α _ S S I Cl1. 4. 2. 6.各个标签根据步骤1. 4. 2. 5计算所得初步坐标独立计算出标签的计算 坐标，用表示标签的计算坐标，计算公式如下
权利要求
一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法，其特征在于，在无线传感器网络(WSN Wireless Sensor Networks)技术的基础上融合射频识别(RFID RadioFrequency Identification)技术以构成融合射频识别的无线传感器网络(WSID WSNSyncretizing RFID)技术，用于对多移动目标实施定位。
2.根据权利要求1所述的融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法，其特 征在于，建立定位系统，所述定位系统包括标签(1)、节点(2)、基站(3)和监控终端(4)，具 体定位步骤如下2.1.将节点固定部署在预定位置上，上电初始化；2. 2.设置节点的位置坐标，基站分别为各个节点配置ID并建立各节点间的位置关系 数据库，再将所有节点的ID和位置关系数据库分别发送给各个节点；2.3.在移动目标上设置标签，标签上电初始化，基站向各个节点发出建立网络的数据 包建立网络，随后发送建立簇和确定簇头的数据包，对网络进行分簇，收到包含簇头信息的 数据包的节点作为簇头节点，其它节点作为普通节点；2. 4. 一旦设置有WSID标签的移动目标进入定位区域，移动目标上的WSID标签和WSID 节点通过自校正定位算法计算移动目标的位置坐标，所述标签采用电池供电；2.5.标签将移动目标的位置信息通过节点经多跳路由发送到基站，基站在采集到移动 目标的位置信息后，通过Internet、GPRS或TD-SCDMA网络将移动目标的位置信息发送至监 控终端。
3.根据权利要求2所述的一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法， 其特征在于，所述对网络进行分簇的方法为3. 1.簇头节点向整个网络发出广播分簇请求信息，若标签收到该广播分簇请求信息并 判断自己位于簇区域内，则标签向簇头节点发送确认信息；3. 2.标签测量到单个簇头节点广播分簇请求信息的RSSI值与簇头节点设定并发送的 RSSItl边界值进行比较，若RSSI SRSSItl，则确定该簇头节点为此标签所处簇区域的簇头，并 返回一个确认信息给簇头节点，若RSSI < RSSItl，则丢弃该数据包，若标签测量到多个簇头节点的广播分簇请求信息的RSSI ^ RSSItl，则标签按照每个簇 区域中标签数趋均原则确定簇头，若各个簇区域中标签数目均等，则标签按照随机原则确 定簇头，若标签测量到多个簇头节点的广播分簇请求信息的RSSI < RSSItl,则丢弃该数据 包，3.3.簇头节点在收到标签的确认信息后，就将此标签加入该簇区域，之后，簇头节点在 此标签离开簇区域前一直接收其位置信息，而丢弃未发回确认信息的标签发送的数据包。
4.根据权利要求2所述的融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法，其特 征在于，所述的自校正定位算法的实现过程包括自校正过程和定位过程4.1.自校正过程4. 1. 1.由网络基站给一个待校正节点分配一个校正令牌并设校正令牌的初值为O ；4. 1.2.获得校正令牌的待校正节点以广播的形式向其它节点发出校正申请，收到校正 申请的节点作为校正协助节点将自身的ID信息发给待校正节点；4. 1.3.待校正节点收到校正协助节点的ID信息的同时，记录下各个校正协助节点无 线信息的RSSI值，根据无线电传输模型计算待校正节点和协助校正节点之间的测量距离，其中，dcr, d。s，d。t分别表示待校正节点c和校正协助节点r，s, t之间的实际距离， 4. 1.7.将步骤4. 1.6获得的待校正节点的m个计算坐标平均，获得待校正节点的计算 坐标，然后将待校正节点的实际坐标减去计算坐标，获取待校正节点坐标误差(ex，ey)，计算 公式如下5表示三角形定位原理计算获得的待校正节点的坐
全文摘要
一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法将WSID节点固定部署在预定位置上，上电初始化；基站分别为各个节点配置ID并建立各节点间的位置关系数据库，再将所有节点的ID和位置关系数据库分别发送给各个节点；基站向各个节点发出建立网络的数据包，建立网络，随后发送建立簇和确定簇头的数据包，对网络进行分簇；在移动目标上设置WSID标签，标签上电初始化，一旦设置有标签的移动目标进入定位区域，节点和移动目标上的标签通过自校正定位算法计算移动目标的位置坐标；标签将移动目标的位置信息通过节点经多跳路由发送到基站，基站在采集到移动目标的位置信息后，通过Internet或GPRS或TD-SCDMA等网络将移动目标的位置信息发送至监控终端。
文档编号H04W64/00GK101945472SQ201010175879
公开日2011年1月12日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者付俊, 陈俊杰, 高国胜 申请人:东南大学