[发明专利]基于RSS分布的距离自适应的无线传感网络被动式定位方法

说明书

本发明提出一种基于RSS分布的距离自适应的无线传感网络被动式定位方法：步骤1，在监测区域中部署无线传感器节点，确定参照距离和迁移距离；步骤2，将参照对应的通信链路的覆盖区域的网格分为参考网格和非参考网格；根据参照距离下的参考网格和非参考网格，确定迁移距离下的参考网格和非参考网格；求得迁移距离下所有网格的RSS值集合，得到非样本链路的RSS集合，构建监测区域下网格RSS先验知识库；利用步骤二中构建的监测区域下网格RSS先验知识库进行待测目标的定位。本发明的定位方法适合大规模场景应用，大大降低节点部署及获取先验知识库的代价；并实现目标的精确定位，并利用目标移动的时间相关性降低环境噪声的干扰，提高定位精度。

技术领域

本发明属于无线网络的应用技术领域，具体涉及一种基于RSS分布低成本距离自适应的传感网被动式定位，该方法应用于野生动物的无线传感器网络的被动式目标跟踪。

背景技术

野生动物在自然界中具有重要的生态地位和生态功能，是整个生态链中不可或缺的环节之一，如何有效对其进行监测与保护，显得尤为重要。传统的野生动物保护采用人工方式手工记录、统计，因此，传统方式存在很多弊端，如：缺乏长期性、实时性，也有一定的困难性和危险性，另外，时空割裂，难以对获取的数据进行时间、空间、现象的综合分析。而目前无线传感器网络的出现，为解决上述问题提供了技术支撑。

无线传感器网络是由部署在被监测区域的大量分布式传感器节点组成的，它综合了传感器技术、无线通信技术、嵌入式技术和计算机技术等多种领域技术，通过各种类型的传感器对物质的性质、环境的状态以及行为模式等信息进行大规模、长期、实时的获取，并通过802.15.4通信协议以自组织的方式将感知数据传送至远程数据中心。其中，无线传感器网络的定位技术为野生动物的活动轨迹监测提供了有效解决方案。

面向野生动物的运动轨迹测绘技术存在以下4方面的挑战：

1)稀疏部署。野生动物监测的一个基本要求是监测不要干扰野生动物的生活环境和习性。因此使用尽可能少的设备是面向野生动物保护的需求之一，即稀疏部署。

2)设备无关。现有的大多定位方法都要求待定位物体携带设备(如GPS模块，RFID标签)，然而，为野生动物携带设备不容易做到，并且动物保护专家也不建议这样做。因此需要在目标不携带设备的情况下实现定位是面向野生动物保护的需求之一，即设备无关。

3)计算开销。现有方法对目标被动式轨迹测绘，均是先定位再将不同时间点目标的估算位置连起来完成轨迹测绘，需要在每个时间点进行定位计算，存在频繁定位导致计算开销大的问题。因此需要减少对野生动物频繁定位造成计算开销大的问题是面向野生动物保护的需求之一，即计算开销。

4)轨迹稀疏性。野生动物运动轨迹经过的位置与监测区域的位置相比具有稀疏性。因此为了在不降低测绘精度的条件下，减少测绘轨迹所需数据量并降低能耗是面向野生动物保护的需求之一，即轨迹稀疏性。

截止目前为止，在无线传感器网络中已经有许多定位技术，大体分为以下2类：

第一类：主动式定位，即物体携带设备。传感器节点均匀或者随机部署在定位区域中，物体携带的设备发出的信号(如电磁波、红外、超声波等)会被无线传感器网络检测到，由于物体在不同位置处设备发出的信号不同，因此这类方法的基本思想是通过检测设备发出信号的变化，建立信号变化与位置的对应函数，进而对物体进行定位。如Kaltiokallio、刘云浩等人通过无线传感器网络中RSSI(Received Signal Strength Indicator)信号波动检测目标的出现，进而进行定位。该类方法的优点是定位精度高(典型的如GPS定位)，由于每个物体携带可区分的设备，因此多目标定位简单，易于统计目标数量。但该方法的缺点是需要目标携带设备，不符合面向野生动物保护的设备无关需求。