[发明专利]基于RSSI和LQI加权的无线传感器网络节点定位方法

权利要求书

1.基于RSSI和LQI加权的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于：采用RSSI测距模型与LQI测距模型相结合进行锚节点的选取和定位，该方法包括如下步骤：

1.1)未知节点进入网络后，通过调整功率寻找锚节点，当未知节点接收锚节点的信标帧数目超过某一阈值时，确定其周围的锚节点个数满足要求并标识，将确立的锚节点信息发送给协调器Coordinator节点；

1.2)协调器Coordinator节点收到未知节点的信息后，发送信标帧与信息中的锚节点通信，锚节点收到信标帧后，周期性地广播信标帧给协调器Coordinator节点；

1.3)协调器Coordinator节点接收到信标帧后，根据锚节点的RSSI和LQI值对锚节点进行排序并得到其坐标集合；

1.4)协调器Coordinator节点根据改进的加权质心算法计算未知节点坐标，并向汇聚节点广播数据，通过汇聚节点经有线网络上传给监控中心。

2.根据权利要求1所述的基于RSSI和LQI加权的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于：所述步骤1)确定锚节点集合的方法为：未知节点进入网络后，将发射功率调到最小值并发送定位请求LOC_REQ，在收到锚节点的回复LOC_Reply后，若锚节点的RSSI值及LQI值符合要求则将此锚节点添加为此次定位过程中的锚节点，否则加大未知节点发射功率并再次发送定位请求LOC_REQ，直到找到符合定位所需的锚节点数。

3.根据权利要求1所述的基于RSSI和LQI加权的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于：所述步骤3)中通过以下方法对锚节点进行排序：

3.1)协调器Coordinator节点接收到信标帧后，对同一锚节点的RSSI和LQI取统平均值，协调器Coordinator根据收到锚节点的RSSI值和LQI值大小，对锚节点进行排序，建立三个集合：

[I]锚节点集合：Anchor_set＝{a₁，a₂，…，a_m}；

[II]锚节点对应的RSSI值集合：RSSI_set＝{r₁，r₂，…r_m}；r₁＞r₂＞…＞r_m；

[III]锚节点对应的LQI值集合：LQI_set＝{l₁，l₂，…，l_m}；l₁＞l₂＞…＞l_m；

3.2)根据实验数据得到的LQI拟合公式L(d)＝L(d₀)-10nlg(d/d₀)+X_δ和RSSI测距模型对锚节点进行优选，式中，d是发射机和接收机之间的距离，d₀是参考距离，X_δ是均值为零，方差为δ的随机噪声变量，在RSSI_set和LQI_set集合中，先选择LQI值较高的锚节点，在这个约束条件下，从LQI值较高锚节点中再选择出RSSI值较高的锚节点n个，得出锚节点坐标集合为：

Position_set＝{(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)}。

4.根据权利要求1或3所述的基于RSSI和LQI加权的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于：所述步骤4)中通过以下方法获得未知节点坐标：

4.1)将步骤3.2)得到的锚节点坐标集合代入改进的加权质心算法算式：

(xest,yest)=Σi=1nwi(xi,yi)]]>

式中(x_est，y_est)为未知节点的坐标；(x_i，y_i)为锚节点i的坐标，根据未知节点与锚节点的能量差值来约束锚节点对未知节点位置的影响，引入了一个加权因子

wi=1/ei2Σi=1n1/ei2]]>

式中ei=(rssi_vali+δ-rssi)2+(LQI_vali+δ-LQI)2]]>

e_i为锚节点u_i与待测节点的能量差值，rssi_val_i为锚节点u_i的RSSI值，rssi为待测节点的RSSI值，LQI_val_i为锚节点u_i的LQI值，LQI为待测节点的LQI值，加权因子w_i表示锚节点距离待测节点越近，对待测节点的位置坐标影响越大，这种约束关系提高了定位算法的精度和稳定性；

4.2)由于收集到的RSSI与LQI值受外界环境影响，接收到的锚节点和未知节点的RSSI、LQI值会出现相等的情况，在计算e_i时引入一个δ来克服这种问题，根据大量实验证明，δ取为uniform(0.1，0.2)之间较为适合，其中uniform表示均匀分布。