[发明专利]一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无需测距技术的信号图定位方法，特别涉及一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法。

背景技术

随着微机电系统(micro-electro-mechanism system，简称MEMS)、无线通信和数字电子技术的进步诞生了无线传感器网络(wireless sensor network，简称WSN)。对于大多数WSN应用，不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”，实现对外部目标的定位和追踪。

WSN的自身定位技术主要分为基于测距技术(Range-Based)与无须测距技术(Range-Free)。其中Range-Based技术通过测量节点间点到点的距离或角度信息，使用三边测量、三角测量或最大似然估计定位法计算节点位置；Range-Free技术则无须距离和角度信息，仅根据网络连通性等信息即可实现。

基于Range-free技术的WSN定位方法主要分为：DV-Hop、凸规划和MDR-MAP等。Range-Free技术的特点为：普适性较好，不需要额外设备，但定位精度较差，锚节点密度较高。

基于Range-Based技术的WSN定位方法主要有：RSSI、TOA、TDOA和AOA。TOA(Time Of Arrival)、DOA(Time Difference On Arrival)、AOA(Angle OfArrival)等技术。基于Range-Based技术的定位方法大多需要额外硬件，使得系统成本增加。RSSI(Received Signal Strength Indicator)根据无线传感器节点间信号强度进行定位，不需要额外硬件，系统成本较低。

在RSSI定位技术中，信号图定位方法(Radio-Map)由于其低算法复杂度、不需要额外设备等特点备受关注。但是基本信号图定位方法也存在缺陷，主要表现为：离线阶段部署工作量大；采用无线信号传输模型导致其普适性较差，当环境发生改变时，需要重新初始化所有系统参数。

因此，本发明公开一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法，不依赖于无线信号传输的具体模型，无需将信号强度信息转换成物理空间距离，所以，普适性更强。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法，通过该方法，可以实现无需测距技术、只利用信号图和信号强度信息对无线传感器网络中的目标节点实现定位。

本发明的采用的一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法分为两个阶段：

第一阶段为信号空间模型建立阶段，在传感器网络中布置一些已知位置的锚节点，根据传感器网络的实际情况选取一系列的参考位置点，记录下所有参考位置点的三维坐标，构成物理位置信息矩阵，并在各个参考位置点对所有锚节点进行多次信号强度采集，采用“平均值法”求出由各个锚节点信号强度构成的参考位置点信号强度向量，所有参考位置点的信号强度向量构成当前网络信号空间矩阵。

第二阶段为目标节点定位，当目标节点进入定位网络后，采用“平均值法”，对多次采集到的各个锚节点的信号强度取其平均值，减少由于环境等因素对于目标节点接收到的信号强度向量的影响，得到由各个锚节点信号强度平均值构成的目标节点的信号强度向量。接着利用补偿的K值近邻法选取目标节点的邻居参考位置节点，计算目标节点信号强度向量与所有参考位置点信号强度向量在各维(从各个锚节点接收到的信号强度)上信号强度差的平方并求出所有信号强度差平方的平均值，目标节点在获取各个锚节点信号强度的过程中置信大多数维度上的信号强度，将与信号强度平方的平均值相差最大的PBC(PBC的取值约为锚节点数量的1/4)个维度的值用上述平均值替换，利用上述计算得出的修正后的信号强度差的平方，通过公式计算各个参考位置点与目标节点的欧几里德距离，选取出所有计算出的欧几里德距离的最小值，如果最小值小于等于1，说明目标节点就在该参考位置点覆盖范围内，直接采用该参考点作为定位结果，否则将满足邻居参考位置点判别公式的参考位置点选入邻居参考位置点集合，计算各个邻居参考位置点对于目标节点的权重，通过权重和邻居参考位置点的三维坐标的计算，得出目标节点的三维坐标。

附图说明

图1是本发明基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法的结构框图。

图2是基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法的系统应用部署图。

具体实施方式