專利名稱：一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種無需測距技術(shù)的信號圖定位方法，特別涉及一種基于信號強度距 離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法。
背景技術(shù)：
隨著微機電系統(tǒng)(micro-electro-mechanism system,簡稱MEMS)、無線 通信和數(shù)字電子技術(shù)的進步誕生了無線傳感器網(wǎng)絡(wireless sensor network,簡 稱WSN)。對于大多數(shù)WSN應用，不知道傳感器位置而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。 傳感器節(jié)點必須明確自身位置才能詳細說明"在什么位置或區(qū)域發(fā)生了特定事件"， 實現(xiàn)對外部目標的定位和追蹤。
WSN的自身定位技術(shù)主要分為基于測距技術(shù)(Range-Based)與無須測距技術(shù) (Range-Free)。其中Range-Based技術(shù)通過測量節(jié)點間點到點的距離或角度信 息，使用三邊測量、三角測量或最大似然估計定位法計算節(jié)點位置；Range-Free技 術(shù)則無須距離和角度信息,僅根據(jù)網(wǎng)絡連通性等信息即可實現(xiàn)。
基于Range-free技術(shù)的WSN定位方法主要分為DV-Hop、凸規(guī)劃和 MDR-MAP等。Range-Free技術(shù)的特點為普適性較好，不需要額外設備，但定位 精度較差，錨節(jié)點密度較高。
基于Range-Based技術(shù)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 Of Arrival)等技術(shù)?；赗ange-Based技術(shù)的定位方法大多需要額外硬件,使得系統(tǒng) 成本增加。RSSI (Received Signal Strength Indicator)根據(jù)無線傳感器節(jié)點間
信號強度進行定位，不需要額外硬件，系統(tǒng)成本較低。
在RSSI定位技術(shù)中，信號圖定位方法(Radio-Map)由于其低算法復雜度、
不需要額外設備等特點備受關(guān)注。但是基本信號圖定位方法也存在缺陷，主要表現(xiàn)為 離線階段部署工作量大；采用無線信號傳輸模型導致其普適性較差，當環(huán)境發(fā)生改變 時，需要重新初始化所有系統(tǒng)參數(shù)。因此，本發(fā)明公開一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法，不 依賴于無線信號傳輸?shù)木唧w模型，無需將信號強度信息轉(zhuǎn)換成物理空間距離，所以， 普適性更強。 發(fā) 明 內(nèi) 容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號 圖定位方法，通過該方法，可以實現(xiàn)無需測距技術(shù)、只利用信號圖和信號強度信息對 無線傳感器網(wǎng)絡中的目標節(jié)點實現(xiàn)定位。
本發(fā)明的采用的一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法分為 兩個階段
第一階段為信號空間模型建立階段，在傳感器網(wǎng)絡中布置一些已知位置的錨節(jié) 點，根據(jù)傳感器網(wǎng)絡的實際情況選取一系列的參考位置點，記錄下所有參考位置點的 三維坐標，構(gòu)成物理位置信息矩陣，并在各個參考位置點對所有錨節(jié)點進行多次信號 強度采集，采用"平均值法"求出由各個錨節(jié)點信號強度構(gòu)成的參考位置點信號強度 向量，所有參考位置點的信號強度向量構(gòu)成當前網(wǎng)絡信號空間矩陣。
第二階段為目標節(jié)點定位，當目標節(jié)點進入定位網(wǎng)絡后，采用"平均值法"，對 多次采集到的各個錨節(jié)點的信號強度取其平均值，減少由于環(huán)境等因素對于目標節(jié)點 接收到的信號強度向量的影響，得到由各個錨節(jié)點信號強度平均值構(gòu)成的目標節(jié)點的 信號強度向量。接著利用補償?shù)腒值近鄰法選取目標節(jié)點的鄰居參考位置節(jié)點，計 算目標節(jié)點信號強度向量與所有參考位置點信號強度向量在各維(從各個錨節(jié)點接收 到的信號強度)上信號強度差的平方并求出所有信號強度差平方的平均值，目標節(jié)點 在獲取各個錨節(jié)點信號強度的過程中置信大多數(shù)維度上的信號強度，將與信號強度平 方的平均值相差最大的i^C (i^C的取值約為錨節(jié)點數(shù)量的1/4)個維度的值用上
述平均值替換，利用上述計算得出的修正后的信號強度差的平方，通過公式計算各個 參考位置點與目標節(jié)點的歐幾里德距離，選取出所有計算出的歐幾里德距離的最小 值，如果最小值小于等于l，說明目標節(jié)點就在該參考位置點覆蓋范圍內(nèi)，直接釆用 該參考點作為定位結(jié)果，否則將滿足鄰居參考位置點判別公式的參考位置點選入鄰居 參考位置點集合，計箅各個鄰居參考位置點對于目標節(jié)點的權(quán)重，通過權(quán)重和鄰居參 考位置點的三維坐標的計箅，得出目標節(jié)點的三維坐標。


圖1是本發(fā)明基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法的系統(tǒng)應用部署圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步的詳細說明。
參見圖1所示，本發(fā)明的采用的一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號
圖定位方法分為兩個階段
第一階段為信號空間模型建立階段，在傳感器網(wǎng)絡中布置一些已知位置的錨節(jié) 點，根據(jù)傳感器網(wǎng)絡的實際情況選取一系列的參考位置點，記錄下所有參考位置點的 三維坐標，構(gòu)成物理位置信息矩陣，并在各個參考位置點對所有錨節(jié)點進行多次信號 強度采集，采用"平均值法"求出由各個錨節(jié)點信號強度構(gòu)成的參考位置點信號強度 向量，所有參考位置點的信號強度向量構(gòu)成當前網(wǎng)絡信號空間矩陣。
第二階段為目標節(jié)點定位，當目標節(jié)點進入定位網(wǎng)絡后，采用"平均值法"，對 多次釆集到的各個錨節(jié)點的信號強度取其平均值，減少由于環(huán)境等因素對于目標節(jié)點 接收到的信號強度向量的影響，得到由各個錨節(jié)點信號強度平均值構(gòu)成的目標節(jié)點的 信號強度向量。接著利用補償?shù)摹吨到彿ㄟx取目標節(jié)點的鄰居參考位置節(jié)點，計算 目標節(jié)點信號強度向量與所有參考位置點信號強度向量在各維(從各個錨節(jié)點接收到 的信號強度)上信號強度差的平方并求出所有信號強度差平方的平均值，目標節(jié)點在 獲取各個錨節(jié)點信號強度的過程中置信大多數(shù)維度上的信號強度，將與信號強度平方 的平均值相差最大的戶BC (尸SC的取值約為錨節(jié)點數(shù)量的1/4)個維度的值用上述 平均值替換，利用上述計箅得出的修正后的信號強度差的平方，通過公式計算各個參 考位置點與目標節(jié)點的歐幾里德距離，選取出所有計算出的歐幾里德距離的最小值， 如果最小值小于等于1，說明目標節(jié)點就在該參考位置點覆蓋范圍內(nèi)，直接釆用該參 考點作為定位結(jié)果，否則將滿足鄰居參考位置點判別公式的參考位置點選入鄰居參考 位置點集合，計算各個鄰居參考位置點對于目標節(jié)點的權(quán)重，通過權(quán)重和鄰居參考位 置點的三維坐標的計算，得出目標節(jié)點的三維坐標。
在本發(fā)明中，所述的無線傳感器網(wǎng)絡由一些已知位置的節(jié)點(也稱錨節(jié)點)和一 些位置未知的節(jié)點(也稱目標節(jié)點)所構(gòu)成。利用信號圖對目標節(jié)點定位，還會在傳 感網(wǎng)絡區(qū)域中選擇一系列的參考位置點。網(wǎng)絡中的目標節(jié)點集合為^^{^;,^12,...,^;}，其中，A^為傳感器網(wǎng)絡中第 一個目標節(jié)點，A^為傳感器網(wǎng)絡中第二個目標節(jié)點，ivi;為傳感器網(wǎng)絡中第p個目
標節(jié)點，也稱為傳感器網(wǎng)絡中的任意一個目標節(jié)點。
如圖2所示，共有2個目標節(jié)點A^和A^。
在無線傳感器網(wǎng)絡中，對于任意一個目標節(jié)點W7;，采用如下步驟確定自身位置-.
步驟l:利用平均值法建立信號空間模型，計算獲得當前網(wǎng)絡信號空間矩陣(簡
稱網(wǎng)絡信號空間矩陣)和物理位置信息矩陣(簡稱網(wǎng)絡物理位置矩陣)；
步驟2:根據(jù)信號強度平均值法計算目標節(jié)點的接收信號強度向量。
步驟3:利用補償?shù)摹吨到彿ㄟx取目標節(jié)點AT^的近鄰參考位置點。
步驟4 :利用信號強度加權(quán)法計算目標節(jié)點的三維坐標
《、c《',)。
在本發(fā)明的步驟1中，計算獲得網(wǎng)絡信號空間矩陣和物理位置矩陣的處理步驟
為
步驟101:布置定位網(wǎng)絡區(qū)域，投放"個錨節(jié)點。錨節(jié)點集合為 A^ = {A^,^2,...,7H}，其中，iV4表示傳感器網(wǎng)絡中的第一個錨節(jié)點，A^表示傳 感器網(wǎng)絡中的第二個錨節(jié)點，W4表示傳感器網(wǎng)絡中的第n個錨節(jié)點，也稱為傳感器
網(wǎng)絡中的任意一個錨節(jié)點。
如圖2所示，有4個錨節(jié)點，i^—iV4,iV4,W4,A^V 。
步驟102:在定位網(wǎng)絡區(qū)域選取m個參考位置點，并記錄每個參考位置點的三 維物理坐標。參考位置點集合為AP:(i^,/^,…,i iU，其中，i^為傳感器網(wǎng)絡中 第一個參考位置點，^尸2為傳感器網(wǎng)絡中第二個參考位置點，i^,表示傳感器網(wǎng)絡中
的第m個參考位置點，也稱為傳感器網(wǎng)絡中任意一個參考位置點。
任意參考位置點的三維坐標為尸氣,=(x,,,,_y ,,z ,)，構(gòu)建物理位置矩陣
，尸叫表示參考位置點的位置坐
標(x,,少,,^) ， 表示參考位置點i P2的位置坐標(x2,力,z2) ， i30、,表示參考位置點
Mm的位置坐標(1 ,,凡',^,)，也稱為任意參考位置點i i^的位置坐標(Xn，,^，^)。
一 P叫，
=少2
，V凡Z/ 7 一如圖2所示，有12個參考位置點i 尸-W^i ^,…,i^2)。
一 M —少l Zl
記錄這12個參考位置點的三維物理坐標為^^05|2—3 = 2& Z2
"2 Z12-
尸0&表示參考位置點i 《2的位置坐標(xl2 jI2 ， z12)。
步驟103:在每一個參考位置點，測量并記錄所有錨節(jié)點的信號強度，并進行A 次重復測量。
對于任意一個參考位置點i /;，測量任意錨節(jié)點A^的信號強度，每測量一次，
就得到一個信號強度值，經(jīng)過A次重復測量后，得到如下一個信號強度向量 "^V丄i S&,二…^SV力，簡稱參考位置點多次測量信號強度向量，其 中i^&,J表示在任意參考位置點i 《,對任意錨節(jié)點A「A進行第一次測量所得到的信 號強度，i 5S, _ 2表示在任意參考位置點i Pm對任意錨節(jié)點M4 進行第二次測量所得到 的信號強度，i SS ,_/表示在任意參考位置點i^ ,對任意錨節(jié)點進行第A次測量所 得到的信號強度，也表示在任意參考位置點M，,對任意錨節(jié)點A64 進行任意一次測量
所得到的信號強度，*表示重復測量標識。
在本發(fā)明中，任意參考位置點i^',，如果任意一次測量不能接收到錨節(jié)點iV4的 信號，則對應的信號強度值iW&,一/為0，即7 &,一/=0
如圖2所示，在12個參考位置點處，測量并記錄4個錨節(jié)點的信號強度，重復
測量A次。則得到
i &T卜,=(i CS—卩，…,i 瑪力，
鵬*卜2 =(i Sd2,.."i SS,_/)，
i 然；3 二(i 瑪一3',W5^一32,…,i 瑪Y)，
i S5^卜4 = (i 5^一4',i 5"iS一 ,…,W5"S—，
i &S 12_2 = (i 5"iS，2一2i，i iS5^2—22"."/ 5*5"12—2"， i 5^2一4 = (i 51>S12—41,_/ 5"5<12_42，...，i 51SI12-4;c)。步驟104:根據(jù)步驟103得到的參考位置點多次測量信號強度向量i 5^,V，利 用平均值法計算任意錨節(jié)點AM"在任意參考位置點尺《,,處的信號強度
任意參考位置點處測量計算的所有錨節(jié)點的信號強度構(gòu)成一個向量，
簡稱參考位置點信號強度向量<formula>formula see original document page 10</formula>，
其中，WS&,一表示任意參考位置點i 《處測量計算的錨節(jié)點A^的信號強度， 2表示任意參考位置點處測量計算的錨節(jié)點w2的信號強度，i ss, — 表示任 意參考位置點^ 《,處測量計算的錨節(jié)點的信號強度。
步驟105:根據(jù)步驟104所計算得到的i SS。卜"，形成信號空間的矩陣戶7 ^,_ ，
<formula>formula see original document page 10</formula>
,其中表示參考位置點^的信號
強度向量，i &sf表示參考位置點; P2的信號強度向量，表示參考位置點i /^的
信號強度向量，i 5^-,表示參考位置點^^處測量計箅的錨節(jié)點A^的平均信號強度， i SS^表示參考位置點M處測量計算的錨節(jié)點的平均信號強度，表示參 考位置點WP ,處測量計箅的錨節(jié)點的平均信號強度，i S&,^表示參考位置點i P , 處測量計算的錨節(jié)點M4 的平均信號強度。
如圖2所式，則得到12個參考位置點處、4個錨節(jié)點的信號空間矩陣^ 5^|2一4 :
<formula>formula see original document page 10</formula> ,
，其中7 5V,表示參考位置點^處測量
<formula>formula see original document page 10</formula>，
計算的錨節(jié)點a^的平均信號強度，i ss^表示參考位置點i^處測量計算的錨節(jié)點 A"4的平均信號強度，i^S^表示參考位置點i ^處測量計算的錨節(jié)點的平均信 號強度，^竭2—4表示參考位置點/^2處測量計算的錨節(jié)點崩4的平均信號強度。
在本發(fā)明中，根據(jù)信號強度平均值法計算目標節(jié)點W7;的i^《T向量的處理
步驟為
步驟201:目標節(jié)點M;進入定位網(wǎng)絡區(qū)域后，讀取所有錨節(jié)點^i的信號強度
數(shù)據(jù)，進行*次重復讀取。得到如下 一 個信號強度向量
i ss、" = ,ms,2" "，其中i ssOT,, '表示目標節(jié)點iV7;第一次采集 到的任意錨節(jié)點的信號強度，i^s,,,/表示目標節(jié)點vV7;第二次釆集到的任意錨節(jié)點的信號強度，表示目標節(jié)點AT,,第A次釆集到的任意錨節(jié)點M4"的信 號強度，也表示目標節(jié)點ATp任意一次釆集到的任意錨節(jié)點A^的信號強度。*表示 重復測量標識。
步驟202:根據(jù)步驟201所得到的信號強度向量i Sr^"，利用平均值法計算 目標節(jié)點^t;對任意錨節(jié)點的平均信號強度i &sot, 。 愿附,, =(腐附,'+艦 ,2 +... +腐、7;/)/^:
步驟203:根據(jù)步驟202所得到的平均信號強度^5\,,, ，獲得目標節(jié)點W7;處
所有錨節(jié)點的接收信號強度向量i &s;T (簡稱目標點信號強度向量)
表示目標節(jié)點#7;處第一個錨節(jié)點#4的平均信號強度， ^ssVv表示目標節(jié)點m;處第二個錨節(jié)點#4的平均信號強度， i ^OTp 表示目標節(jié)點m;處第"個錨節(jié)點#4的平均信號強度，也稱為目標節(jié)點 ivrp處任意錨節(jié)點M4 的平均信號強度。
通過對多次采集到的信號強度向量求平均值，減少由于環(huán)境等因素對于目標節(jié)點 接收到的信號強度向量的影響。
在本發(fā)明中，利用補償?shù)腲值近鄰法選取目標節(jié)點的鄰居參考位置節(jié)點處理
步驟為
步驟301:計算目標節(jié)點W7;的信號強度向量i S《'與任意參考位置點/ 尸 ,的信
號強度向量各維的差值的平方，即計算任意錨節(jié)點AM,，在目標節(jié)點ATp與參考位置點
i^,處的信號強度差的平方(簡稱錨節(jié)點信號強度差平方)，記為Ai SSr"'，表達式 為Ai 然廣=— M&,—J2 。
在目標節(jié)點W7;與參考位置點i S,，處的所有錨節(jié)點信號強度差平方構(gòu)成一個向
量，簡稱信號強度差平方向量，記為M5^—"'， M然"=(M《"',M W一"',…,馬&"')
A7 51S廣"'表示錨節(jié)點信號強度差平方，Ai 5Sf"'表示錨節(jié)點信號強度差 平方，Ai^《一"'表示錨節(jié)點A^信號強度差平方。
步驟302:計算所有的n個錨節(jié)點的信號強度差平方的平均值A^^"'， Z^^"' = (Ai C' + MSS2"' +…十A/ SSf"')/";
步驟303:信號強度差平方的平均值補償。即將信號強度差平方向量Ai^S"'中 的各維度與A^;'相差最大的PSC個錨節(jié)點信號強度差平方值用替換修正，設修正后的信號強度差平方向量為A/ 5^'一 ，
麗"'=(涵",涵r"'，…廁:—'")。
步驟304:利用修正后的信號強度差平方向量計算目標節(jié)點ATp與參考位置點
的距離，簡稱目標節(jié)點與參考位置點的信號距離，記為， D/S: = (A/ SS「 + +…+腐&"') /";
步驟305:重復步驟301至步驟304，直到窮盡完所有的參考位置點，則得到
了目標節(jié)點A^;相對于所有參考位置點的w個信號距離Dzs,"， d/《'，...，Dzs,;:。
表示目標節(jié)點與參考位置點糾的信號距離，表示目標節(jié)點與參考位 置點的信號距離，"/^表示目標節(jié)點與參考位置點的信號距離。
步驟306:從步驟305所得到的m個距離中選擇最小的一個信號距離，記為 ，相應的參考位置點記為/^M/V 。
如圖2所示，目標節(jié)點A7;的最小信號距離為Z)/S;，對應的參考位置點為; 目標節(jié)點的最小距離為Z)/《，對應的參考位置點為i P4 。
步驟307:判斷"/S:,的大小，如果Z)/S;"1，說明目標節(jié)點iV7;就在參考位 置點i ^w的覆蓋范圍內(nèi)，直接采用該參考點i i^J乍為目標節(jié)點W7;定位結(jié)果，即 戶o《'=(x7 ，《'，<)=(xww, jy〃、.,)；否則，執(zhí)行步驟308 。
如圖2所示，Z)/《S1，說明目標節(jié)點A^就在參考位置點Wg的覆蓋范圍內(nèi)， 直接釆用參考位置點WS的位置信息作為目標節(jié)點定位結(jié)果，即
w=((，o(W5—-5)
>1 ，則定位目標節(jié)點A^還需繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟308。 步驟308:計算近鄰選擇系數(shù)《。
《=1 + 7^7， /^表示錨節(jié)點的最大發(fā)射功率。
步驟309:比較步驟305所得到，如果距離D/S,;;小于《x Z)/5^w ，則將該 距離所對應的參考位置點作為目標節(jié)點iV7;的鄰居。
步驟310:重復處理步驟309，直到處理完畢所有的m個距離D/y ， D/《，...， "/《。從而得到目標節(jié)點的近鄰參考位置表單iVe/g/^o^ ， A^g/^0^={/^'^gV..,WP,'}，其中，r表示目標節(jié)點W7;共有r個滿足條件的近鄰
參考位置點，i^'表示目標節(jié)點w7;的第一個近鄰參考位置點，i /r表示目標節(jié)點 A7;的第二個近鄰參考位置點，i /r表示目標節(jié)點^7;的第r個近鄰參考位置點，也
稱為目標節(jié)點的任意一個近鄰參考位置點。這些鄰居節(jié)點所對應的信號距離分別為Dzsr， d/y，…，d/《'
d/s廣表示目標節(jié)點W7;的第一個近鄰參考位置點i ir的信號距離，"/《"表示 目標節(jié)點at;的第二個近鄰參考位置點i 尸/的信號距離，D/y表示目標節(jié)點W7;的 第^個近鄰參考位置點i 尸/的信號距離，也稱為目標節(jié)點#7;的任意近鄰參考位置點 wi5/的信號距離。
如圖2所示，針對目標節(jié)點at2所選擇的近鄰參考點位置點有
臉妙6^2={7^4，7 尸5,/ 尸7,7 尸8}，相應的距離分別為/)/5>42， D/《，￡>ZS82。
在本發(fā)明中，利用信號強度加權(quán)法計算目標節(jié)點的位置處理步驟為
步驟401:計算目標節(jié)點AT,,近鄰參考位置點表單A^'g/^o;中任意一個近鄰參
l
考位置點^尸/的權(quán)值《，《=,'"("《)，lnCD/y)表示對",.、■," 求以指數(shù)為底的對數(shù)
函數(shù)，/是求和運算過程中的中間變量，它的取值從i到。則l;^^就得到了所 有量的和。
步驟402:重復步驟401，直到窮盡目標節(jié)點a7;近鄰參考位置點表單A^g/^^
中的所有近鄰參考位置點。
步驟403:根據(jù)步驟402所計算的權(quán)值和物理位置信息矩陣i^OS,，卜,中目標節(jié) 點W7;近鄰參考位置點表單A^'g/^w;中任意一個近鄰參考位置點i C的三維坐標 (記為(x廠,;;廠,z廣))，使用加權(quán)法計算目標節(jié)點ATp的三維坐標
尸< =(x "，即〈.=，《=&廣《,《=I"。
/=1 /=1 /=1
本發(fā)明提出的一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法，通過信 號強度作為定位參數(shù)，采用近鄰選擇算法以及加權(quán)計算進行傳感器節(jié)點的定位。在保 證了較高的定位精度前提下，直接利用信號強度向量作為參數(shù)計算目標節(jié)點的三維坐 標，避免了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換對定位精度的影響，整個算法復雜度低，便于在計算能力受限的 傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)、不需要額外設備，降低了系統(tǒng)的花費，減少定位系統(tǒng)部署的復雜 度的，因此，是一種具有較好普適性的定位方法。
權(quán)利要求
1、一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法，所述的無線傳感器網(wǎng)絡由一些已知位置的錨節(jié)點和一些位置未知的目標節(jié)點所構(gòu)成；利用信號圖對目標節(jié)點定位，還會在傳感網(wǎng)絡區(qū)域中選擇一系列的參考位置點；其特征在于無線傳感器網(wǎng)絡中，對于任意一個目標節(jié)點NTp，采用如下步驟確定自身位置步驟1利用平均值法建立信號空間模型，計算獲得當前網(wǎng)絡信號空間矩陣和物理位置信息矩陣；步驟2根據(jù)信號強度平均值法計算目標節(jié)點NTp的接收信號強度向量步驟3利用補償?shù)腒值近鄰法選取目標節(jié)點NTp的近鄰參考位置點；步驟4利用信號強度加權(quán)法計算目標節(jié)點NTp的三維坐標
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位 方法，其特征在于所述的利用平均值法建立信號空間模型，計算獲得網(wǎng)絡信號空間 矩陣和物理位置矩陣的處理步驟為步驟101:布置定位網(wǎng)絡區(qū)域，投放n個錨節(jié)點；步驟102:在定位網(wǎng)絡區(qū)域選取w個參考位置點，并記錄每個參考位置點的三 維物理坐標；任意一個參考位置點的三維坐標為Aw ,=(、,,少,,,，、,)，構(gòu)建物理位置矩陣，戶叫表示參考位置點^的位置坐標(;c,, 乂,；)，尸％表示參考位置點腫2的位置坐標(^,少2，22)，尸氣表示參考位置點i^,的位置坐 標(&,凡,0 ，也稱為任竟參考位置點化,的位置坐標K,，凡,0 ;步驟103:在每一個參考位置點，測量并記錄所有錨節(jié)點的信號強度，并進行A 次重復測量；步驟104:根據(jù)步驟103得到的信號強度向量，利用平均值法計算任意錨節(jié)點 iH 在任意參考位置點 M，，處的信號強度 腿 ,— =(《—,,+《— +... +《,— )/& ;步驟105:根據(jù)步驟104所計算得到的i 5^,—"，形成信號空間的矩陣—~，-z，匿尸氣」-、，其中表示參考位置點的信號強《度向量，i^sf'表示參考位置點i A的信號強度向量，i &s一表示參考位置點i^處測 量計算的錨節(jié)點的平均信號強度，i^v,，表示參考位置點/ s處測量計算的錨節(jié)點的平均信號強度，^XS,，卜,表示參考位置點i^,,處測量計算的錨節(jié)點的平均 信號強度，表示參考位置點i 《處測量計算的錨節(jié)點的平均信號強度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位 方法，其特征在于所述根據(jù)信號強度平均值法計算目標節(jié)點A^的i^S;T向量的處理步驟為步驟201:目標節(jié)點W7;進入定位網(wǎng)絡區(qū)域后，讀取所有錨節(jié)點W4,的信號強度數(shù)據(jù)，進行A:次重復讀取，得到如下 一 個信號強度向量 7 5T， =(M5;v,U1S>5Vv2，...,i 5^7/) ， W5^乂表示目標節(jié)點iV7;第一次釆集到的任意錨節(jié)點的信號強度，i ssOT/2表示目標節(jié)點wr,，第二次采集到的任意錨節(jié)點 的信號強度，M5V,./表示目標節(jié)點m;第a次采集到的任意錨節(jié)點旭"的信號強 度，也表示目標節(jié)點a^;任意一次采集到的任意錨節(jié)點a^,的信號強度，*表示重復 測量標識；步驟202:根據(jù)步驟201所得到的信號強度向量iWS;,n，利用平均值法計算目標節(jié)點a^;對任意錨節(jié)點的平均信號強度W然AV = (^S"w乂 + i S5"OT,, 2 +…+ i S5",;/)";步驟203:根據(jù)步驟202所得到的平均信號強度兄S"5V",,，獲得目標節(jié)點W7;的 接收信號強度向量AS《'-(i^V^i^S^,...,^^,)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位 方法，其特征在于在所述利用補償?shù)摹贾到彿ㄟx取目標節(jié)點的鄰居參考位置節(jié)點 處理步驟為步驟301:計算目標節(jié)點7V7;的信號強度向量i &S^與任意參考位置點^^,的信 號強度向量各維的差值的平方A^('" =(7 5;., -i 5"U ;在目標節(jié)點W7;與參考位置點^尸 ,處的所有錨節(jié)點信號強度差平方構(gòu)成一個向 量Ai 5^-"' =(M5^-"',A7 5^2〃-"',…,A7 &S;廠'")；步驟302 :計算所有的n個錨節(jié)點的信號強度差平方的平均值ziS^"'=(Ai c'+A柳r"+…+譜s;—"') /";步驟303:將信號強度差平方向量Ai 5^'—'"中的各維度與AiWS""相差最大的 尸SC個錨節(jié)點信號強度差平方值用A^F"'替換修正，設修正后的信號強度差平方 向量為Ai 5S"' = (M5^r",Ai 5^—"'，…，Ai 5^r"');步驟304:利用修正后的信號強度差平方向量計算目標節(jié)點ATp與參考位置點的距離o/s:=(Ai sc"+A腐r"'+…+A腐'r")/";步驟305:重復步驟301至步驟304，直到窮盡完所有的參考位置點，則得到 了目標節(jié)點iVi;相對于所有參考位置點的附個距離Z)/^， D/g，…，D/《;；步驟306:從步驟305所得到的附個距離中選擇最小的一個距離為Z)/S:w，相 應的參考位置點為i P^，；步驟307:判斷D/g，的大小，如果Z)/S^,w S 1 ，說明目標節(jié)點就在參考位置點 的覆蓋范圍內(nèi)，直接采用該參考點作為目標節(jié)點AT,定位結(jié)果， Po《'=(《7,,,) = (&; , jy,,,、, );否則，執(zhí)行步驟308;步驟308:計算近鄰選擇系數(shù)《=1 + ^^，《_表示錨節(jié)點的最大發(fā)射功率；""層步驟309:比較步驟305所得到D/S:，如果距離D/S:小于《x D/S二 ，則將該 距離所對應的參考位置點作為目標節(jié)點W7;的鄰居；步驟310:重復處理步驟309，直到處理完畢所有的m個距離，從而得到目標 節(jié)點W7;的近鄰參考位置表單A^'g/7幻；。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號強度距離的無線傳感器網(wǎng)絡信號圖定位方法，其特征在于利用信號強度加權(quán)法計算目標節(jié)點的位置處理步驟為步驟401:計算目標節(jié)點W7;近鄰參考位置點表單A^g/^o 中任意一個近鄰參考位置點i 尸/的權(quán)值《=;步驟402:重復步驟401，直到窮盡目標節(jié)點A^近鄰參考位置點表單臉妙6 中的所有近鄰參考位置點；步驟化3:根據(jù)步驟402所計算的權(quán)值和物理位置信息矩陣i^aS,，,—3中目標節(jié) 點ATp近鄰參考位置點表單A^'gMo 中任意一個近鄰參考位置點i C的三維坐標 (x廣，,，()，使用加權(quán)法計算目標節(jié)點A^,的三維坐標Po《^(《,《'，《7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對無線傳感器網(wǎng)絡的無需測距技術(shù)的信號圖定位方法，該方法對于任意一個目標節(jié)點NT_p第一步利用平均值法建立信號空間模型，計算獲得當前網(wǎng)絡信號空間矩陣和物理位置信息矩陣；第二步根據(jù)信號強度平均值法計算目標節(jié)點NT_p的接收信號強度向量RSS_p^NT；第三步利用補償?shù)腒值近鄰法選取目標節(jié)點NT_p的近鄰參考位置點；第四步利用信號強度加權(quán)法計算目標節(jié)點NT_p的三維坐標Pos_p^NT＝(x_p^NT，y_p^NT，z_p^NT)。本發(fā)明方法直接利用信號強度作為參數(shù)進行定位；無需參數(shù)轉(zhuǎn)換，消除了轉(zhuǎn)換誤差；并且降低了系統(tǒng)部署的復雜度；通過采用近鄰選擇及加權(quán)算法對采集的參數(shù)進行處理，降低了傳感器節(jié)點差異及環(huán)境噪聲等對定位精度帶來的影響。
文檔編號G01S5/02GK101424737SQ20081023957
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者治 喬, 璋 熊, 蘆效峰, 蒲菊華, 巍 魏 申請人:北京航空航天大學