一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種一維直 線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究及其應(yīng)用中，沒(méi)有節(jié)點(diǎn)位置信息的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往往是沒(méi)在意 義的。一旦發(fā)生某種事件，人們首先需要知道的就是傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的地理位置信息。定 位信息除用來(lái)報(bào)告事件發(fā)生的地點(diǎn)外，還可W用于目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)、協(xié)助路由W及 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾淼榷鄠€(gè)方面。
[0003] 目前常用的傳感器定位方法主要有基于測(cè)距方法和基于非測(cè)距方法兩大類(lèi)。基 于測(cè)距的方法主要包括基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差、信號(hào)到達(dá)時(shí)間、信號(hào)到達(dá)角度、接受信號(hào)強(qiáng)度 化SSI)等多種。由于RSSI方法的硬件設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、且大多數(shù)通信模塊都可W提供 RSSI值，因此基于RSSI測(cè)距的定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用。
[0004] 但在無(wú)線電波在實(shí)際的傳播過(guò)程中，會(huì)存在反射、繞射及衍射等現(xiàn)象，使得RSSI 值隨機(jī)變化較大，會(huì)存在某一距離點(diǎn)測(cè)得的RSSI值有多個(gè)，同一RSSI值會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)位置點(diǎn) 的現(xiàn)象，該些現(xiàn)象使得理論上RSSI和距離之間的一一對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系被破壞，僅根據(jù)一個(gè)銷(xiāo)節(jié) 點(diǎn)發(fā)出的RSSI值進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位的精度較低。
[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明把一維直線區(qū)域兩端的兩個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI 信息利用二元H次曲面多項(xiàng)式進(jìn)行互補(bǔ)處理，W提高節(jié)點(diǎn)的定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明公開(kāi)了一種一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，采用區(qū)域兩端各 設(shè)一個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)的方式，利用二元H次曲面多項(xiàng)式進(jìn)行互補(bǔ)處理，在減少步驟、節(jié)約成本的同 時(shí)，獲得了較高了定位精度。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案；一種一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，包括 W下步驟：
[0008] S1 ;在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的一維直線區(qū)域的兩端分別設(shè)置一個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)；
[0009] S2 ;在一維直線區(qū)域內(nèi)均勻分布地選擇m個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)Xi(i= 1，2,…， m)處多次測(cè)量2個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的RSSI值向量巧SSIii，RSSIc);
[0010] S3 ;將巧SSIii，RSSIsi)經(jīng)濾波、歸一化處理后的值巧ly與測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)Xi構(gòu)成 的數(shù)據(jù)對(duì){(Rii，Rsi)，x;}，建立數(shù)據(jù)樣本集S;
[0011] S4 ;應(yīng)用二元H次曲面多項(xiàng)式構(gòu)建巧SSIu，RSSIsi)值與測(cè)量點(diǎn)位置坐標(biāo)值Xi之間 的非線性映射關(guān)系模型，二元H次曲面多項(xiàng)式的系數(shù)由量子粒子群優(yōu)化算法按數(shù)據(jù)樣本集 S的誤差最小的準(zhǔn)則進(jìn)行整定；
[0012] S5 ;在定位時(shí)，將未知節(jié)點(diǎn)j的巧U，RsP值輸入到上述二元H次曲面多項(xiàng)式，二元 H次曲面多項(xiàng)式輸出結(jié)果即為節(jié)點(diǎn)Xj.坐標(biāo)的估計(jì)值;。
[0013] 本發(fā)明的有益效果；無(wú)需常規(guī)定位方法中的環(huán)境參數(shù)估計(jì)和節(jié)點(diǎn)測(cè)距等步驟，定 位精度高，計(jì)算量小，成本低廉，可用于礦山巷道、石油天然氣長(zhǎng)輸管道、鐵路公路交通沿 線、隧道等一維直線區(qū)域的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)中。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明一維直線區(qū)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 一種一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的一維直線區(qū)域 的兩端分別設(shè)置一個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)；在該一維直線區(qū)域內(nèi)近似均勻分布地選擇m個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在每 個(gè)測(cè)量點(diǎn)Xi(i= 1，2，…，m)多次測(cè)量2個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的RSSI值向量（RSSIii，RSSl2i); 將巧SSIii，RSSl2i)經(jīng)濾波、歸一化處理后的值巧與測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)Xi構(gòu)成的數(shù)據(jù)對(duì) {(R…ly，Xi}，建立數(shù)據(jù)樣本集S;應(yīng)用二元曲面多項(xiàng)式構(gòu)建（R…ly值與*1量點(diǎn)位置 坐標(biāo)值Xi之間的非線性映射關(guān)系模型，二元H次曲面多項(xiàng)式的系數(shù)由量子粒子群算法按數(shù) 據(jù)樣本集S的最大相對(duì)誤差和平均相對(duì)誤差同時(shí)最小的準(zhǔn)則進(jìn)行整定；在定位時(shí)，將未知 節(jié)點(diǎn)j的巧wRsP值輸入到上述二元H次曲面多項(xiàng)式，二元H次曲面多項(xiàng)式輸出結(jié)果即為 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)義斯估計(jì)值；^,.。
[0016] 為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，現(xiàn)W長(zhǎng)度L為50m的一維直線區(qū)域內(nèi)的 節(jié)點(diǎn)定位為例，作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017] 步驟S1 ;實(shí)施例中，在長(zhǎng)度L為50m的一維直線區(qū)域兩端分別設(shè)置一個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)， 如圖1中的銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)1和銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)2所示。設(shè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)1的坐標(biāo)位置為Om，銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)2的坐標(biāo)位置 為 50m;
[0018] 步驟S2 ;實(shí)施例中，在一維直線區(qū)域內(nèi)均勻分布地選擇24個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn) 相距2m，其位置為2,4,6,…，46,48m，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)Xi(i= 1，2，…，24)分別測(cè)量10次2 個(gè)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的RSSI值向量巧SSI。，RSSIsi);
[0019] 步驟S3 ;將巧SSIii，RSSIn)經(jīng)濾波、歸一化處理后的值巧R2i)與測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)Xi 構(gòu)成的數(shù)據(jù)對(duì)（化"，1?21)，^1}，建立數(shù)據(jù)樣本集5。實(shí)施例中，采用平均值濾波，其表達(dá)式為：
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 51 :在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的一維直線區(qū)域的兩端分別設(shè)置一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)； 52 :在一維直線區(qū)域內(nèi)均勻分布地選擇m個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)Xi(i= 1，2,…，m) 處多次測(cè)量2個(gè)錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出的RSSI值向量（RSSIn，RSSI2i); 53 :將（RSSIn，RSSI2i)經(jīng)濾波、歸一化處理后的值（Rn，R2i)與測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)\構(gòu)成的數(shù) 據(jù)對(duì){(Rn，R2i)，Xi}，建立數(shù)據(jù)樣本集S; 54 :應(yīng)用二元三次曲面多項(xiàng)式構(gòu)建（RSSIn，RSSI2i)值與測(cè)量點(diǎn)位置坐標(biāo)值\之間的非 線性映射關(guān)系模型，二元三次曲面多項(xiàng)式的系數(shù)由量子粒子群優(yōu)化算法按數(shù)據(jù)樣本集S的 誤差最小的準(zhǔn)則進(jìn)行整定； 55 :在定位時(shí)，將未知節(jié)點(diǎn)j的值輸入到上述二元三次曲面多項(xiàng)式，二元三次 曲面多項(xiàng)式輸出結(jié)果即為節(jié)點(diǎn)&坐標(biāo)的估計(jì)值I。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于： 步驟S4中所述的量子粒子群優(yōu)化算法，其適應(yīng)度函數(shù)表達(dá)式為：
式中：&為模型輸出值，Xi為模型期望輸出值，mean為取算術(shù)平均值函數(shù)，max為取最 大值函數(shù)，i=l，2，…，m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于： 步驟S4中所述的二元三次曲面多項(xiàng)式的標(biāo)準(zhǔn)式為：
式中：七為測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)估計(jì)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于： 步驟S3中所述的濾波方式采用平均值濾波，其表達(dá)式為：
式中：R：^lh為11次測(cè)得RSSIn值的濾波值，反這121為n次測(cè)得RSSI2i值的濾波值，mean 為求算術(shù)平均值函數(shù)，RSSInu)為第j次測(cè)得的RSSIn值，RSSI2iu)為第j次測(cè)得的RSSI2i 值，i=l，2，...，m，j=l，2，...，n。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于： 步驟S3中所沭的歸一化的公式為：
式中：max為求最大值函數(shù)，Rn和R2i分別為rUl*ksSl2i規(guī)一化后的值。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種一維直線區(qū)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，采用區(qū)域兩端各設(shè)一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的方式，在直線區(qū)域內(nèi)均勻選取N個(gè)測(cè)量點(diǎn)，多次測(cè)量RSSI值，并進(jìn)行濾波、歸一化處理，利用二元三次曲面多項(xiàng)式進(jìn)行互補(bǔ)處理，在減少步驟、節(jié)約成本的同時(shí)，獲得了較高了定位精度，本發(fā)明無(wú)需常規(guī)定位方法中的環(huán)境參數(shù)估計(jì)和節(jié)點(diǎn)測(cè)距等步驟，定位精度高，計(jì)算量小，成本低廉，可用于礦山巷道、石油天然氣長(zhǎng)輸管道、鐵路公路交通沿線、隧道等一維直線區(qū)域的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)中。
【IPC分類(lèi)】H04W64-00, H04W84-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104703277
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510115567
【發(fā)明人】黃為勇, 趙文婧, 張艷華, 陳豹, 王 義, 田傳耕, 徐曉菊, 朱永紅, 陳奎, 高玉芹, 郭超沛, 王朋
【申請(qǐng)人】徐州工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日