一種基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 定位技術(shù)按定位場(chǎng)景可分為室內(nèi)定位和室外定位。室外定位技術(shù)的典型代表是美 國(guó)的GPS定位系統(tǒng)、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲的伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)等。室內(nèi)定位技術(shù)的 典型代表有微軟的RADAR系統(tǒng)，蘋果的iBeacon等?？傮w上，室外定位相對(duì)成熟，室內(nèi)定位 成為眾多廠家競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
[0003] 定位技術(shù)按節(jié)點(diǎn)間距離計(jì)算方式可分為基于測(cè)距的定位和無需測(cè)距的定位?；?測(cè)距的定位需要采用某種測(cè)量方式測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)與已知節(jié)點(diǎn)之間的距離，常用的測(cè)距方式 包括RSSI測(cè)距、TDOA測(cè)距、AOA測(cè)距等；無需測(cè)距不需要測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)與已知節(jié)點(diǎn)之間的 距離，利用節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系估計(jì)距離、甚至直接采用指紋方法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置。
[0004] 定位技術(shù)按無線通信方式可將分為紅外、藍(lán)牙、WLAN(WiFi)、ZigBee、3G/4G、UWB 等。一般而言，無線通信方式的通信距離越短，則其定位精度越高；反之，無線通信方式的通 信距離越長(zhǎng)，則其定位精度越低。
[0005] 目前，實(shí)現(xiàn)未知節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算主要有兩種方式，一種是利用未知節(jié)點(diǎn)與已知節(jié)點(diǎn) 的距離進(jìn)行計(jì)算；另一種是利用未知節(jié)點(diǎn)收到的已知節(jié)點(diǎn)的RSSI指紋進(jìn)行指紋匹配。本發(fā) 明主要涉及第一種計(jì)算方法，這種方法的分布式實(shí)現(xiàn)方式的數(shù)學(xué)模型為：
[0006] 設(shè)節(jié)點(diǎn)Si,其坐標(biāo)（Xi, yj未知，它的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中有m(-般假設(shè)m> = 3)個(gè)節(jié) 點(diǎn)坐標(biāo)（Xj, yP已知，j = 1，2,…，m ;此時(shí)通過測(cè)距或者距離估計(jì)知道未知節(jié)點(diǎn)已知節(jié) 點(diǎn)1的距離為dm那么節(jié)點(diǎn)Si的估計(jì)坐標(biāo)（定位位置）可以通過最小化下式得到。
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟101、確定搜索的初始點(diǎn)（Xd,yj和初始搜索半徑step; 步驟102、在以點(diǎn)h，yj為圓心，:r為半徑的圓上確定n個(gè)搜索點(diǎn)； 步驟103、計(jì)算目標(biāo)函數(shù)在這n+1個(gè)點(diǎn)的值，該n+1個(gè)點(diǎn)包括n個(gè)搜索點(diǎn)和圓心； 步驟104、更新（X(l，y(l)為使目標(biāo)函數(shù)最小的點(diǎn)和r; 步驟105、重復(fù)步驟102-104,直到r小于給定的閾值，停止搜索； 步驟106、停止搜索后，使目標(biāo)函數(shù)最小的點(diǎn)即為未知節(jié)點(diǎn)的定位位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述初始點(diǎn) (Xc^yJ的確定方式如下：若該節(jié)點(diǎn)為初次定位，則采用質(zhì)心定位方法計(jì)算（x^y^，如式（1) 所示；
其中，（\，yP為已知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，m為已知節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；若該節(jié)點(diǎn)不是初次定位， 則采用它已知的位置作為初始點(diǎn)；初次搜索時(shí)，初始搜索半徑step設(shè)置為[0. 5R，R]之間， R為節(jié)點(diǎn)間單跳通信的半徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述n個(gè)搜索 點(diǎn)的確定方式如下：初次搜索時(shí)，r取step，然后以點(diǎn)（x^yj為圓心，r為半徑畫圓；在該 圓上等間隔取n個(gè)點(diǎn)，按式（2)計(jì)算這n個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)；
當(dāng)k= 0時(shí)，取x(0)、y(0)為圓心（X。，yQ)，這樣共有n+1個(gè)點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述目標(biāo)函 數(shù)如下式（3):
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，按式（4)計(jì)算 目標(biāo)函數(shù)在n+1個(gè)點(diǎn)的最小值，其中f(l)為最小值，1為對(duì)應(yīng)的序號(hào)，即第1個(gè)點(diǎn)取得最小 值。 f(1) =min{f(k),k= 0, 1, ???,n} (4) 〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，按式（5)更新 (X。，yQ)，按式（6)更新r;
r = a *r, a G (〇, 1) (6)〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，若r>stop_ th，則轉(zhuǎn)到步驟102,重新開始新一輪的搜索；若r〈stop_th，則停止搜索；其中stop_th為 最小搜索步長(zhǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于確定性搜索的節(jié)點(diǎn)定位方法，其步驟包括：步驟101：確定搜索的初始點(diǎn)(x0,y0)和初始搜索半徑step；步驟102:在以點(diǎn)(x0,y0)為圓心，r為半徑的圓上確定n個(gè)搜索點(diǎn)；步驟103:計(jì)算目標(biāo)函數(shù)在這n+1個(gè)點(diǎn)(包括圓心)的值；步驟104:更新(x0,y0)為使目標(biāo)函數(shù)最小的點(diǎn)和r；步驟105:重復(fù)步驟102-104，直到r小于給定的閾值，停止搜索；步驟106:停止搜索后，使目標(biāo)函數(shù)最小的點(diǎn)即為未知節(jié)點(diǎn)的定位位置。本發(fā)明有益的效果：該方法能夠以較少的計(jì)算復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)較高的定位精度，可以解決實(shí)際節(jié)點(diǎn)定位中定位精度和計(jì)算方法復(fù)雜度折衷的問題。
【IPC分類】H04W64-00
【公開號(hào)】CN104581938
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410839674
【發(fā)明人】姚英彪, 陳新, 嚴(yán)軍榮, 潘鵬
【申請(qǐng)人】三維通信股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日