一種基于無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)定位rssi算法的改進(jìn)的制作方法
【專利摘要】一種基于無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)定位RSSI算法的改進(jìn)，包括協(xié)調(diào)器、已知節(jié)點(diǎn)、未知節(jié)點(diǎn)，所述的未知節(jié)點(diǎn)通過握手信號通知已知節(jié)點(diǎn)自己接受到的信號強(qiáng)度，已知節(jié)點(diǎn)根據(jù)此信號來調(diào)整發(fā)射功率；通過握手信號已知節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確的調(diào)整自己的發(fā)射功率；所述的某個已知節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)n個測距采用高斯分布處理原則，然后再取其幾何均值；所述的未知節(jié)點(diǎn)在定位時使用RSSI測算距離，然后取三個已知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，利用三邊測量法計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，將定位精度提到最高；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過未知節(jié)點(diǎn)反饋的握手信號的數(shù)據(jù)，調(diào)整發(fā)送節(jié)點(diǎn)RF不同的信號頻率，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差調(diào)整，在實(shí)際應(yīng)用中可以得到很好的效果，所用的硬件成本為零，可大范圍推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種基于無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)定位RSSI算法的改進(jìn)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線節(jié)點(diǎn)定位，具體的涉及一種基于RSSI算法的改進(jìn)，屬于無線網(wǎng)絡(luò) 以及嵌入式領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中重要的支撐技術(shù)。定位就是確定位置。確定位置在實(shí) 際應(yīng)用中有兩種意義：一種是確定自己在系統(tǒng)中的位置；另一種是確定目標(biāo)在系統(tǒng)中的位 置。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位是指自組織的網(wǎng)絡(luò)通過特定方法提供節(jié)點(diǎn)位置信息。這種自 組織網(wǎng)絡(luò)定位分為節(jié)點(diǎn)自身定位和目標(biāo)定位。節(jié)點(diǎn)自身定位是確定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)為坐標(biāo)位 置的過程。目標(biāo)定位是確定網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)目標(biāo)的坐標(biāo)位置。根據(jù)定位過程中是否需要測 量實(shí)際節(jié)點(diǎn)之間的距離，把定位算法分為基于測距（Range-Based)的定位算法和無需測距 (Range-Free)的定位算法。前者需要測量相鄰節(jié)點(diǎn)之間的絕對距離或者方位，并利用節(jié)點(diǎn) 間的實(shí)際距離或者方位來計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置。后者定位算法無需測量節(jié)點(diǎn)之間的絕對距 離或方位，而是利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置。
[0003] 目前所用的基于測距的定位算法中常用的有：Τ0Α(到達(dá)時間測量法）易于實(shí)現(xiàn)， 缺陷是需要收發(fā)節(jié)點(diǎn)的時間高度同步；如果收發(fā)信號時速度接近光速的無線電波，則要求 收發(fā)節(jié)點(diǎn)的間距足夠遠(yuǎn)，否則定位精度十分低，不可用于短距離定位。TD0A(到達(dá)時間差測 量法）在Τ0Α算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，不需要嚴(yán)格的收發(fā)節(jié)點(diǎn)時間同步，可以在短距離內(nèi) 進(jìn)行測量，大大地彌補(bǔ)了 Τ0Α算法的不足，但是需要節(jié)點(diǎn)同時具備無線電與超聲波收發(fā)裝 置，價格昂貴。而且超聲波傳輸距離有限，即隨著距離的加大，周圍環(huán)境的吸收或干擾，超 聲波會逐漸衰弱甚至消失，因此此算法不適用于大范圍的測距。Α0Α算法在AOA(Angle Of Arrival)定位中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)利用陣列天線和多個超聲波接收器之間的協(xié)調(diào)合作，測量 相鄰節(jié)點(diǎn)所發(fā)射信號的到達(dá)角度，Α0Α定位對系統(tǒng)硬件要求很高，算法復(fù)雜，且只能適用于 視距范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)定位，應(yīng)用上收到很大阻礙。
[0004] 基于RSSI的測距主要使用RF信號，因傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有無線通信能力，故其是 一種低功率、廉價的測距技術(shù)，對硬件要求不高，同時也比較容易實(shí)現(xiàn)，但是信號強(qiáng)度很容 易受到周圍環(huán)境的影響，如障礙物、人員走動、天氣等都會影響信號強(qiáng)度。因此，基于接收 信號強(qiáng)度的測距會因?yàn)榄h(huán)境的不同產(chǎn)生不同程度的誤差，通常將其看做一種粗糙的測距技 術(shù)，有可能產(chǎn)生±150%的測距誤差。RSSI的測距方法與其他算法相比優(yōu)點(diǎn)是不需要添加 其他額外的設(shè)備，但RSSI的測距誤差比較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明通過未知節(jié)點(diǎn)反饋的握手信號的數(shù)據(jù)，調(diào)整發(fā)送節(jié)點(diǎn) RF不同的信號頻率，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差調(diào)整。在理論上發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接受節(jié)點(diǎn)位置固定 的情況下，根據(jù)發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率與接受節(jié)點(diǎn)收到的信號強(qiáng)度計(jì)算得到的測距是固定不 變的，但在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率變化時接受節(jié)點(diǎn)收到的信號強(qiáng)度的變化率是 不同的，所得到的測距會有誤差。所以本發(fā)明根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境調(diào)整發(fā)射節(jié)點(diǎn)的不同功率 從而得到接受節(jié)點(diǎn)的不同信號強(qiáng)度，多次測量得到比較接近真值，在實(shí)際應(yīng)用中可以得到 較好的效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)定位RSSI算法的改進(jìn)，包括協(xié)調(diào)器、已知節(jié)點(diǎn)、未知 節(jié)點(diǎn)，所述的未知節(jié)點(diǎn)通過握手信號通知已知節(jié)點(diǎn)自己接受到的信號強(qiáng)度，已知節(jié)點(diǎn)根據(jù) 此信號來調(diào)整發(fā)射功率；通過握手信號已知節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確的調(diào)整自己的發(fā)射功率，從而可 以減少環(huán)境的影響。
[0007] 所述的某個已知節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)η個測距采用高斯分布處理原則，然后再取其幾 何均值；這種做法減少了一些小概率、大干擾事件對整體測量的影響，增強(qiáng)了定位信息的準(zhǔn) 確性。
[0008] 所述的未知節(jié)點(diǎn)在定位時使用RSSI測算距離然后取三個已知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，利用 三邊測量法計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，將定位精度提到最高。
[0009] 所述的三邊測量法具體方法是根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、獲得節(jié)點(diǎn)位置 常用的算法；已知節(jié)點(diǎn)A(xl，yl)、B(x2, y2)、C(x3, y3)，未知節(jié)點(diǎn)X(x，y)，A、B、C三點(diǎn)到X 的距離為(11、(12、(13，根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算距離的公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)定位RSSI算法的改進(jìn)，包括協(xié)調(diào)器、已知節(jié)點(diǎn)、未知節(jié) 點(diǎn)，其特征在于：所述的未知節(jié)點(diǎn)通過握手信號通知已知節(jié)點(diǎn)自己接受到的信號強(qiáng)度，已知 節(jié)點(diǎn)根據(jù)此信號來調(diào)整發(fā)射功率；通過握手信號已知節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確的調(diào)整自己的發(fā)射功 率，從而可以減少環(huán)境的影響； 所述的某個已知節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)η個測距采用高斯分布處理原則，然后再取其幾何均 值； 所述的未知節(jié)點(diǎn)在定位時使用RSSI測算距離然后取三個已知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，利用三邊 測量法計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，將定位精度提到最高。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)定位RSSI算法的改進(jìn)，其特征 在于：所述的三邊測量法具體方法：是根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、獲得節(jié)點(diǎn)位置 常用的算法；已知節(jié)點(diǎn)A (xl，yl)、B (x2, y2)、C (x3, y3)，未知節(jié)點(diǎn)X (X，y)，A、B、C三點(diǎn)到X 的距離為(11、(12、(13，根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算距離的公式為：
(1) 獲得三邊的距離后可列出如下方程組：
(2) 通過計(jì)算，獲得未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為：
(3) 理想狀態(tài)下，可以算出未知節(jié)點(diǎn)的位置（X，y)，但是，大多數(shù)情況下，測得或計(jì)算獲得的 d i值存在誤差，所以，在實(shí)現(xiàn)過程中，還要通過各種補(bǔ)償、約進(jìn)的方法，獲得最佳的節(jié)點(diǎn)坐 標(biāo)； 所述的RSSI算法測距通過調(diào)整已知節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行測距；主要是由已知節(jié)點(diǎn)通過未 知節(jié)點(diǎn)發(fā)來的握手信號來獲得信號強(qiáng)度，從而可以調(diào)整已知節(jié)點(diǎn)功率，通過公式（4)可獲 得測距，已知節(jié)點(diǎn)以不同功率發(fā)射時在實(shí)際應(yīng)用中獲得測距有偏差。經(jīng)過測試，可將已知節(jié) 點(diǎn)的發(fā)射功率調(diào)整到一個合適的范圍所得誤差較小。將多次測得的測距求平均后可有效降 低信號強(qiáng)度受到周圍環(huán)境的影響而造成的誤差，從而提高精確度；
(4) 其中P r表示距離發(fā)射點(diǎn)距離d處的測得的信號功率，Pt表示發(fā)射時的信號功率，λ 表示電磁常數(shù)，Gt、G r分別表示發(fā)送與接收時的信號增益，L是傳輸無關(guān)的系統(tǒng)損耗因子； 利用節(jié)點(diǎn)測量傳輸數(shù)據(jù)幀時的能量值的不同來進(jìn)行RSSI的測距，從而確定節(jié)點(diǎn)的位 置，所用的硬件成本為零。這也使得本系統(tǒng)在推廣過程中可以降低價格因素的影響。
【文檔編號】H04W84/18GK104254125SQ201410415930
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月17日
【發(fā)明者】王志超, 張兵, 梁鳳蘭, 朱美君 申請人:宿遷學(xué)院