[发明专利]一种基于无线传感器网络定位的人员智能看护方法

摘要

传统的GPS定位在室内环境下定位造价昂贵并且GPS信号在室内传播时多径现象严重，不适合于室内定位。考虑到传感器网络在室内定位的优势，本发明提出了一种基于无线传感器网络定位的人员智能看护方法，以协助家庭看护老幼家庭成员。该方法一方面通过将传感器网络与以太网相连将数据处理交由定位服务器处理不仅增强了网络功能而且减少了传感器节点的网络能耗，另一方面该方法通过使用子区域划分，环境监测器等方式来达到环境适应的功能，提高定位的准确性，同时该方法采用投票选举以及信号强度的信息来求得目标节点的坐标，不需要依赖额外的硬件，经济方便。

主权项

1. 一种基于无线传感器网络定位的人员智能看护方法，其特征在于针对盲节点和目标节点所处环境的不同采用不同的定位方法，鉴于盲节点位于天花板平面上，信号在此传播时受障碍物影响较小，因此在盲节点定位中，将盲节点广播请求获得的一系列坐标信息进行算术平均作为盲节点的坐标，该方法简单可行；目标节点的定位中，采用投票、子区域划分、加权的手段提高定位的准确度，具体流程如下：步骤1）设计基于无线传感器网络定位的人员智能看护系统，该系统主要包括各类无线传感器节点，数据库，环境监测器以及定位服务器；    步骤2） 首先在天花板平面上建立合适的平面坐标系并将室内存在安全隐患的危险区域的坐标信息通过定位服务器录入到数据库中；步骤3） 参考节点的安装与配置：初始时，给参考节点分配相应的标识信息，其中代表节点编号，是节点类型标识字段，该系统是应用在室内的定位人员看护系统，因此将参考节点中的信标节点和盲节点通过人工的方式合理搭配均匀部署在室内的天花板上；步骤4） 参考节点地理位置的数字化过程：由于参考节点中的信标节点的坐标位置是已知的，该过程仅需要获得盲节点的坐标位置，为后续的目标节点的定位做准备；考虑到信号在天花板平面传播时较少的受到障碍物的影响，在数字化过程中，使用一种简单可行的方法，具体为，盲节点广播一个请求获得自身位置的hello广播包，收该广播包的信标节点将自己的位置坐标信息写入响应包中返回给相应的盲节点，盲节点将接收到的坐标信息进行算术平均的结果作为自己的位置坐标，已经获得位置坐标的盲节点标记自己为新的信标节点，如此下去，直至所有的盲节点都变为新的信标节点，这样数字化过程结束，步骤5）依赖于步骤4 ),信标节点将自己的坐标位置信息发送给基站，基站通过其WiFi模块将坐标信息给无线接入点AP，无线接入点AP通过与现有的以太网相连，将信息传送到数据库中；步骤6）子区域划分：考虑到室内复杂的传播特性，在整个的室内空间信号的空间分布可能是大不相同的，因此将室内区域划分成若干小区域，这样每个区域内的信号特征认为是相同的，以此来提高定位的准确性；具体的划分方式为，定位服务器根据数据库中的坐标信息设定一个表征子区域大小的值，以及表征子区域数量的N值，假设数据库中坐标的取值范围为，的取值范围为，则；子区域采用一个表征其范围的向量表示；具体说来就是对于某个信标节点，如果它的坐标满足则该节点便被划分到子区域中，数据库存储它们的划分结果；步骤7）目标节点投票选举阶段：佩戴在人身上的目标节点在工作状态下，每隔一定的时间间隔周期性的发送包含目标节点唯一标识的投票信号，位于天花板上的参考节点在一个给定的极短的统计周期T内，每收到一次来自目标节点的投票信号，其计数增1，在该阶段，参考节点仅仅接收信号，并不发送信号，以便节省能量；步骤8）候选节点集的确定：统计周期结束后，基站获取参考节点的投票统计计数，那些投票数大于某个阙值的节点称其为候选节点；若候选节点集不为空，则基站将候选节点的标识及其投票数信息通过其WiFi模块和接入点AP传送给定位服务器，定位服务器将区分候选节点所处的子区域，并统计每个相关子区域的投票计数；否则转步骤13 ) ；步骤9）基站向候选节点发送命令，候选节点收到命令后向目标节点发送射频信号，目标节点获取候选节点的标识以及信号强度值，并将其反馈给定位服务器；步骤10）定位服务器根据步骤9 )所得到的相关信息，从数据库中调取每个候选节点对应的坐标信息，对于位于某一个子区域的候选节点我们记则目标节点坐落在该子区域的坐标分量为则取目标节点的坐标为：其中步骤11）定位服务器判断目标节点的坐标位置是否位于定位服务器的危险区域中，如果是，则启动报警提醒；步骤12）考虑到室内信号传播受到室内环境信息的严重影响，采用监测器对室内的环境信息如温度，湿度以及光照，噪声等的信息进行实时的采集，监测器与定位服务器相连，如果定位发现环境信息明显发生变化便需要转步骤4）对整个定位系统进行数据的更新；否则转步骤7）继续进行跟踪； 步骤13）系统休眠：根据步骤8 )如果候选节点集为空，则基站发送休眠信号给系统，使系统处于休眠状态。