[发明专利]一种基于无线定位的移动节点聚集感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于无线定位的移动节点聚集感知方法，属于无线通讯节点聚集感知技术领域。

背景技术

随着无线通讯、微机电系统、数字电子等技术的发展，各种移动无线网络的研究和应用呈现出高速增长的态势，目前最广泛应用的有手机网络（如GSM、CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TD-LTE等）、WLAN和各类Ad hoc网络。这些网络除了提供最基本的无线通信和网络接入功能外，还衍生出多种典型应用，例如无线定位、空中支付、目标跟踪、智能家居、环境监测、交通管理、物流调配、工业控制、安全警戒等。

移动节点聚集感知技术作为无线网络研究的一项新内容，对于无线网络应用的丰富和扩展有着重要的意义。例如，在公共安全领域，利用手机与使用者普遍存在的“人机一体”现象，基于手机聚集感知技术，可实现对重要场所人群的实时监测和有效管理，自动判断人群聚集情况并及早发现人群行为异常的预兆，从而及时采取解决措施，避免灾祸的发生；在城市交通管理领域，结合车联网技术，道路上行驶的每辆车可以看做是一个移动节点，这样车联网移动节点聚集感知技术可用于道路交通流量的实时监测，及时发现拥堵路段，协助交通管理部门进行交通疏导，并可为驾驶员提供合理行车路线；在生物习性研究中，研究人员将特定的传感器节点安装在研究对象上，通过节点间的相互协作组成移动传感网（一种特殊的Ad hoc网络），这样通过判定传感网节点的聚集状态可以迅速确定生物种群的栖息地点，并实时监测种群的运动状态和各种生理信息。上述应用中，行人、车辆和动物本质上都是无线节点的移动载体，它们聚集状态的确定和评估可通过移动节点聚集感知技术来实现。

目前，关于移动节点聚集状态感知的传统方法主要有人工统计、机械统计、电子计数、射频识别等，但这些方法普遍存在应用范围受限、实时性较差、系统建设成本高等问题，尤其不适用于移动节点数目较多和目标区域开放的情况。近年来，基于图像识别的群体密度识别方法逐渐兴起，理论上这种方法可以实现群体密度全天时和全覆盖统计，但这种方法受环境条件的影响较大（例如晚间判定效果较差甚至误判），且存在选点布控复杂、设施投资较大、实时性差、计算复杂度高等问题，这种方法的工程化应用前景尚不明朗。因此，亟需寻找一种实时的、高效的且成本较低的移动节点聚集感知方法，满足各种应用领域对群体聚集状态监控的需求。

发明内容

1、目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于无线定位的移动节点聚集感知方法，通过中心节点集中式估计所有移动节点的位置坐标，并采用网格划分和密度聚类方式搜索目标区域内的节点聚集簇，从而实现移动节点聚集状态的自动感知。

2、技术方案：本发明一种基于无线定位的移动节点聚集感知方法，它通过以下步骤来实现：

步骤一、初始化无线定位系统；

无线定位初始阶段，中心节点向目标区域内的所有信标节点发送定位命令数据帧，此命令数据帧中包含校准时间t₀和测距允许时间Δt，Δt取大于0的实数；

步骤二、信标节点测量自身到自身感知范围内所有移动节点的距离，并将测距信息发送到中心节点；

信标节点接收到中心节点发送的定位命令数据帧后，将自身系统时间设为t₀，并向网络中广播包含自身ID的请求应答数据帧；在信标节点感知范围内的移动节点收到请求应答数据帧后发送应答数据帧进行应答，每个信标节点在t₀+Δt时间段内接收移动节点发送的应答数据帧，并根据自身收到的应答数据帧测量自身到相应移动节点的距离；当测距过程结束之后，每个信标节点将其收集到的测距信息发送给中心节点；所述信标节点是指自身位置坐标已知并能测量自身到相邻节点距离的无线节点；

步骤三、中心节点集中式计算目标区域内所有移动节点的位置坐标；

中心节点根据信标节点发送的测距信息，集中式计算出目标区域内所有移动节点的位置坐标；

具体步骤为：

①对于移动节点M_a，a为移动节点的ID，a=1,2,…,A，A为目标区域内的移动节点总数量，取自然数，中心节点根据信标节点N_i(i＝1,2,…n)到移动节点N_a的测量距离d_ai(i=1,2,…n)，n为自然数，建立如下有偏最小二乘模型：