基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位及追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位及追蹤方法，更具體的說(shuō)，該種方法 首先通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息、然后由上位機(jī)對(duì)該些信息進(jìn)行分析處理，最終給 出定位及追蹤結(jié)果。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布式的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、功耗低、成本 低、體積小等特點(diǎn)。集成電路和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展使得大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署成為可 能，并使其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)大范圍的部署傳感器節(jié)點(diǎn)，可W收集特定區(qū)域的溫度、濕 度、光照強(qiáng)度、有害氣體濃度等數(shù)據(jù)，W便后續(xù)研究。而在傳輸該些數(shù)據(jù)的同時(shí)，可W順便從 中提取出信號(hào)強(qiáng)度信息，用于輔助的網(wǎng)絡(luò)人員定位及追蹤功能。
[0003] 定位及追蹤系統(tǒng)具有很大的應(yīng)用價(jià)值，如果園、商店、儲(chǔ)藏室在不開(kāi)放時(shí)，當(dāng)有他 人闖入時(shí)可起到監(jiān)視及報(bào)警的作用。目前該類場(chǎng)所大部分通過(guò)攝像頭、紅外線等來(lái)監(jiān)控，但 攝像頭在沒(méi)有光線時(shí)無(wú)法工作、有拍攝角度限制，而紅外線無(wú)法穿透障礙物?；跓o(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位能夠克服上述所有障礙，而且安裝隱蔽，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，能耗低，使用壽 命長(zhǎng)。本發(fā)明提出的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位及追蹤方法通過(guò)測(cè)量無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì) 之間的接收信號(hào)強(qiáng)度（ReceivedSi即alstrengthIndicator,RSSI)變化值，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 區(qū)域內(nèi)各個(gè)空間位置上貢獻(xiàn)的信號(hào)衰減變化值進(jìn)行成像。一旦有人進(jìn)入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆 蓋區(qū)域，RSSI成像結(jié)果會(huì)實(shí)時(shí)反映該一信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位及追蹤方法，包括：系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 及工作流程。系統(tǒng)由一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)（Controller)、多個(gè)組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（Node)、一個(gè)接收節(jié)點(diǎn) (Collector)W及上位機(jī)組成。Controller向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送各種控制命令；Node之 間相互通信得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息；Collector接收來(lái)自Node的信息，初步處理后通過(guò)串口傳 至上位機(jī)進(jìn)一步處理，由上位機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)定位與追蹤算法。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)令牌環(huán)協(xié)議按 序廣播數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包內(nèi)容為本節(jié)點(diǎn)收集到的最新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，其他所有組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接收 到后更新各自收集到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，Collector對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行初步處理后緩存起來(lái)，待接 收完所有Node的數(shù)據(jù)，打包發(fā)送至上位機(jī)。
[0005] 上述系統(tǒng)的特征在于信息收集的并行性。Node發(fā)出的數(shù)據(jù)包對(duì)其他Node及 Collector都是有價(jià)值的，其他Node從中提取出RSSI，而Collector解析數(shù)據(jù)包內(nèi)容。
[0006] -種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位算法，其定位特點(diǎn)在于定位過(guò)程是由粗到 細(xì)，逐步精確的。首先將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分成nXn的網(wǎng)格，計(jì)算出人所在的網(wǎng)格Ni;再將網(wǎng)絡(luò)區(qū) 域細(xì)分成knXkn(k為大于1的整數(shù))的網(wǎng)格，對(duì)網(wǎng)格Ni進(jìn)一步計(jì)算，定位出人所在的網(wǎng)格 馬；根據(jù)實(shí)際情況及定位精度、定位速度要求，可將上述過(guò)程繼續(xù)推進(jìn)。
[0007] -種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)追蹤算法，追蹤算法在定位算法的基礎(chǔ)上，減小 計(jì)算周期，當(dāng)本輪數(shù)據(jù)收集不全時(shí)，不再等待數(shù)據(jù)齊全再計(jì)算，而是采用上一輪數(shù)據(jù)補(bǔ)充缺 失的數(shù)據(jù)，W適應(yīng)實(shí)時(shí)性的需求；同時(shí)由于人在網(wǎng)絡(luò)中位置的連續(xù)變化性，加入卡爾曼濾波 過(guò)程，將之前的狀態(tài)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的約束作用考慮進(jìn)去。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的分布圖，其中周圍的黑點(diǎn)代表網(wǎng)絡(luò)周邊部署的傳感 器節(jié)點(diǎn)；粗黑線代表第一次定位計(jì)算時(shí)劃分出的5X5網(wǎng)格；細(xì)黑線代表后續(xù)計(jì)算過(guò)程中網(wǎng) 格的進(jìn)一步劃分。
[0009] 圖2是定位及追蹤系統(tǒng)整體框圖。
[0010] 圖3是楠圓權(quán)重模型。
[0011] 圖4是具體的一次定位計(jì)算過(guò)程。
[0012] 圖5是定位由粗到細(xì)的計(jì)算過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 步驟1;網(wǎng)絡(luò)整體部署。
[0014] 組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)擺放在支架上大概1米高的同一水平面上，節(jié)點(diǎn)等距地?cái)[放在一個(gè)6 米X6米的正方形邊上。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整，W進(jìn)行定位精度對(duì)比。 節(jié)點(diǎn)共分為3類；一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)（Controller), -個(gè)數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)（Collector) W及其余 的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)（Node)。硬件平臺(tái)采用飛比公司的FB2530邸板和FB2530BB板，是基于TI CC2530的片上系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)工作在2. 4GHz頻段，采用令牌環(huán)協(xié)議按序廣播數(shù)據(jù)包。定位區(qū)域 中傳感器節(jié)點(diǎn)的部署如圖1和圖2所示。
[00巧]設(shè)K是網(wǎng)絡(luò)中Node數(shù)，M是節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的雙向鏈路條數(shù)，則
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位及追蹤方法，由信息采集方法、被動(dòng)定位算法、 被動(dòng)追蹤算法組成。
2. -種在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中采集信息方法，包括：一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)（Controller)，用于 向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令；多個(gè)組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（Node)，相互之間通信產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信 息；一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)（Co 11 ector ),接收來(lái)自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的信息,初步處理后通過(guò)串口傳至上位 機(jī)進(jìn)一步處理，由上位機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)定位與追蹤算法。
3. -種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位算法，定位特點(diǎn)在于定位過(guò)程是由粗到細(xì)，逐 步精確的，首先將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分成nXn的網(wǎng)格，計(jì)算出人所在的網(wǎng)格N 1 ;再將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域細(xì) 分成knXkn (k為大于1的整數(shù)）的網(wǎng)格，對(duì)網(wǎng)格N1進(jìn)一步計(jì)算，定位出人所在的網(wǎng)格N2 ; 根據(jù)實(shí)際情況及定位精度、定位速度要求，可將上述過(guò)程繼續(xù)推進(jìn)。
4. 一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)追蹤算法，追蹤算法在定位算法的基礎(chǔ)上，減小計(jì) 算周期，當(dāng)本輪數(shù)據(jù)收集不全時(shí)，不再等待數(shù)據(jù)齊全再計(jì)算，而是采用上一輪數(shù)據(jù)補(bǔ)充缺失 的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)實(shí)時(shí)性的需求；同時(shí)由于人在網(wǎng)絡(luò)中位置的連續(xù)變化性，加入卡爾曼濾波過(guò) 程，將之前的狀態(tài)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的約束作用考慮進(jìn)去。
5. 按照權(quán)利要求2所述的信息采集方法，其特征在于信息收集的并行性，Node發(fā)出的 數(shù)據(jù)包對(duì)其他Node及Collector都是有價(jià)值的，其他Node根據(jù)各自接收到的數(shù)據(jù)包計(jì)算 出RSSI，而Collector解析數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膬?nèi)容。
6. 按照權(quán)利要求3所述的被動(dòng)定位算法，其特征在于進(jìn)一步包括：將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)某個(gè) 像素對(duì)某條信號(hào)傳輸路徑衰減值的影響建模為以收發(fā)節(jié)點(diǎn)為焦點(diǎn)的橢圓模型，位于橢圓內(nèi) 的像素對(duì)信號(hào)衰減影響大，賦予的權(quán)重大，反之權(quán)重小，影響小。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)定位及追蹤方法。系統(tǒng)組成：一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)（Controller），用于向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令；多個(gè)組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（Node），相互之間通信產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息；一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)（Collector），接收來(lái)自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的信息，初步處理后通過(guò)串口傳至上位機(jī)進(jìn)一步處理，由上位機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)定位與追蹤算法。其中網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息指節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI,ReceivedSignalStrengthIndicator），Nodes通過(guò)令牌環(huán)協(xié)議按序廣播數(shù)據(jù)包。理論上外界只需要三個(gè)節(jié)點(diǎn)即可定位出目標(biāo)位置，但實(shí)際情況下定位誤差大，因此本發(fā)明考慮同時(shí)處理所有節(jié)點(diǎn)收集的信息，為每一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)定位的影響賦予一個(gè)合理的權(quán)重，從而減小定位誤差。
【IPC分類】H04W84-18, G01S5-02, H04W64-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104768219
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410004551
【發(fā)明人】王橋, 趙明霞
【申請(qǐng)人】南京宜開(kāi)數(shù)據(jù)分析技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2014年1月6日