专利名称：无线传感网络节点定位的方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络领域，具体涉及ー种无线传感器网络中的节点自定位算法。
背景技术：
在无线传感网络中，由于信号強度信息不需要额外的代价在信息的发送接收过程中就可以获得，所以信号強度被公认为是ー种非常具有吸引力的定位信息。但利用该信息进行定位的挑战在于，信号强度值由于多径反射等环境因素的影响而具有不可预测性。也就是说，信号強度值与距离之间的对应关系并不明显。如果无法对当前环境进行合理地模 型化，很难直接从信号强度值推断出其对应的物理距离。已有的基于信号強度的定位研究通常从以下两个方向来利用信号強度信息实现定位。现有技术中基于信号強度的定位算法可以分为基于经验拟合和基于经验值匹配两种。SpotOn系统是最早出现的基于信号強度的定位系统之一。只利用信号強度信息，SpotOn系统就能够确定节点的当前位置。通过对经验数据进行分析，SpotOn系统可以推导出信号強度和物理距离之间的函数关系。由该函数关系，基站根据来自传感节点的消息的信号强度值就可以估算出它们之间的距离。当至少3个基站均接收到来自某传感节点的信息吋，服务器便能够定位该节点。不难发现，通过信号强度值直接推导距离信息的方法，计算复杂度低，节点开销小，具有较好的扩张性。但在实际应用中，由于多径反射，障碍物等环境因素的影响，信号强度值与物理距离之间并没有严格的对应关系。故此类方法的定位精度在复杂环境下，像室内环境，具有较低的定位精度。由此，很多研究者开始考虑使用另外ー种方式来利用信号强度值通过预先在定位区域采集信号强度经验值构建ー个定位区域的信号強度分布图，然后对传感节点收集的信号強度信息搜索该分布图来确定最終的位置。RADAR系统即属于此类方法的典型代表。RADAR在覆盖区域里面预先选取ー些信息采集点并按(X，y，RSSI1, RSSI2, ,RSSIn)方式预先记录这些位置所有n个发送节点收集到的RSSI值。如此，RADAR便得到一张定位区域Rssi值散点分布图。假如，传感节点收集到的信息为(Rssr i，rssi' 2，...，RSSI' n)，RADAR捜索预先获取的信号強度分布图来选取最符合当前信息的位置作为该传感节点的坐标。即对信号强度分布图中的所有点，计算式!:；L1 Vinssi1 - RSSJV的值。这些值中最小的那个对应的地图中的点坐标即为最后的定位結果。目前的技术方案大多采用经验值匹配的方式，节点的开销代价小，计算复杂度低，同时可以取得不错的定位精度，但是由于其涉及对定位区域进行大范围采样导致此类方法的扩展性较差。另外，由于每次定位都需要捜索整个数据库进行匹配，后台的计算工作量也不小。目前基于信号強度的定位算法还存在较多的问题需要进ー步探索和研究。本发明因此而来
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种无线传感网络中基于信号强度拟合经验图的定位方法，其包括三个步骤ニ元经验表获取、经验图拟合以及节点定位三个过程。本发明提出的无线传感器网络中的节点定位方法，兼具经验值拟合和经验值匹配两种方法的优点，充分考虑到节点信号传输模型各向异性的影响，同时又具备较好的扩展性，具有很强的实用价值。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是一种无线传感网络节点定位的方法，所述待定位节点作为接收节点，接收到无线传感网络中来自n个锚节点的消息信号強度分别为RSSI1, RSSI2, RSSIi, , RSSIn，其特征在于所述方法包括以下步骤(I)将无线传感网络划分成1X1的小网格SGrid，获取SGrid的质心G(x，y)作为其代表，其中X、y分别为G的横坐标和纵坐标；对每ー个小网格的质心G，获取G到n个锚节点的距离分别为=D1, D2, Di, . . . , Dn ；以及G和n个锚节点的a角(a角为发送节点(此处为锚节点)和接收节点的底座中心连线与发送节点底座长边垂线的夹角，如图I所示)分别为= Q1, 02，...，en。(2)对质心G赋予权值wG ;wG值由质心G从n个锚节点获得的信息得到的n个权值WG1, wG2, WGi, wGn来评估得到；假设G点根据全向拟合经验图推导得到其来自锚节点i的信息的RSSI值为GRSSIi ;如果这个值在RSSIi± o范围内，则WGi = I ;那么，根据式
(I)求得wG的值
权利要求
1.一种无线传感网络节点定位的方法，所述待定位节点作为接收节点，接收到无线传感网络中来自n个锚节点即已知自身坐标的节点的消息信号强度分别为RSSI1, RSSI2, RSSIi,…，RSSIn，其特征在于所述方法包括以下步骤 (1)将无线传感网络划分成IXI的小网格SGrid，获取SGrid的质心G(x，y)作为其代表，其中x、y分别为G的横坐标和纵坐标； 对每一个小网格的质心G，获取G到n个锚节点的距离分别为=D1, D2, Di, …，Dn；以及G和n个发送节点的a角分另Ij为 1 ... ;所述a角为锚节点和接收节点的底座中心连线与发送节点底座长边垂线的夹角； (2)对质心G赋予权值wG;wG值由质心G从n个锚节点获得的信息得到的n个权值WG1, wG2, WGi,…，wG n来评估得到；假设G点根据全向拟合经验图推导得到其来自锚节点i的信息的必W值为GRSSIi ;如果这个值在mSL 士 rr范围内，则= I ;那么，根据式(I)求得wG的值
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中信号强度拟合经验图的构建包括以下步骤 1)预先在无线传感网络中收集包含a角度和距离对应信号强度分布情况的二元经验表; 2)以二元经验表为基础，通过角度拟合和距离拟合方法获取任意的底座夹角上任意的距离对应的信号强度信息，根据任意的底座夹角上任意的距离对应的信号强度信息拟合构建信号强度拟合经验图。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步骤2)中角度拟合方法利用线性拟合方法得到拟合函数；根据拟合函数获得拟合区间内任意一点对应的信号强度值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步骤2)中所述距离拟合方法采用路径衰减模型，并根据距离最近的若干个距离得到的信号强度值通过二次曲线拟合推导出最终的目标函数，通过该目标函数获得任意距离对应的信号强度值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法中路径衰减模型假设节点在距离d出接收到的信号能量平均值为Pr(d)单位为mW，在参考距离d0处接收到的平均能量值为Pr(d0)则根据式(III)获得Pr(d)
全文摘要
本发明公开了一种无线传感网络节点定位的方法，其预先采集节点在不同方向、不同距离上所对应的信号强度值。然后,在这些有限个方向和距离的基础上采用拟合的方法得到一张包含任一方向和距离对应的信号强度值的全向经验图。待定位节点根据当前接收到的来自不同锚节点的信号强度值和该经验图可以求得一个最合适的位置坐标。该方法兼具经验值拟合和经验值匹配两种方法的优点,充分考虑到节点信号传输模型各向异性的影响,同时又具备较好的扩展性,具有很强的实用价值。
文档编号H04W64/00GK102665273SQ20121011553
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者何军, 刘刚, 张银东, 徐学永, 徐宏力, 蒋国华, 黄刘生, 黄河 申请人:中国科学技术大学苏州研究院, 北方信息控制集团有限公司