[发明专利]基于井下无线传感器网络的未知节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于井下巷道无线传感器网络的未知移动节点自定位方法，属于井下无线传感网络节点定位领域。

背景技术

煤矿等井下环境监测一直以来是安全监控领域的重点内容之一，随着无线传感网技术的广泛应用，井下无线传感网络技术得到了长足发展。然而井下电磁环境复杂恶劣，诸如节点定位等关键问题尚未得到很好地解决，为了提高井下无线传感网络的高效性和可靠性，针对井下环境的节点定位是十分必要的。

目前无线传感网络节点定位主要包括基于测距的以及距离无关的两种方式。1、对于基于测距的定位方法，由于基于全球定位系统等井上定位方法并不适于井下，井下通常先采用接收信号强度指示方法测距，然后再基于RSSI测距结果进行定位。但RSSI测距精度往往对井下狭长巷道、作业机械或机车等引起的恶劣电磁环境较敏感，致使其定位精度较低，且很不稳定，同时具备RSSI测距功能的节点成本也相对较高。2、对于距离无关的定位方法，尽管其节点成本相对较低，但井下狭长的巷道结构却也严重制约了现有距离无关定位方法的精度，原因在于现有的距离无关或无需测距的定位方法，如距离矢量-跳数（Dv-Hop）方法，是通过估计单跳跳距并结合跳数来估计未知节点与信标节点间距离实现进一步定位的，而狭长空间结构使仅占固定节点数量10%左右的信标节点很难发挥其已知位置在宽度较窄方向上的参考作用，影响了未知节点的定位精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，而提出一种基于井下无线传感器网络的距离无关未知节点自定位方法，以提高定位精度，降低实施成本。

该方法包括如下步骤：

步骤1：沿井下巷道长度方向，从巷口至巷尾，在巷道两侧等间隔交错布放固定节点，并对每个固定节点分配唯一的由巷道号和节点序号组成的ID号，所述巷道同一侧相邻的固定节点间隔低于通信距离的1/3；

步骤2：每个固定节点向周边转发自身的ID号，未知节点利用与其相距跳数为1的固定节点的ID号计算出这些固定节点在巷道中的相对位置，从而实现未知节点自定位。

进一步地，所述步骤2中的相距跳数为1的固定节点分为两种情况：

1）若这些固定节点ID号中的巷道号均相同，则未知节点与这些固定节点在同一巷道；

2）若这些固定节点ID号中的巷道号有不同：

①未知节点取这些固定节点ID号中相同巷道号数量多的巷道作为所在巷道；

②若这些固定节点ID号中相同巷道号的数量一样，则未知节点取这些固定节点ID号中节点序号最小的相应巷道作为所在巷道。

作为方案优化，所述固定节点中还包括绝对位置已知的用于辅助定位的信标节点。

技术效果：

1、利用与未知节点相距1跳的固定节点信息直接估计未知节点的位置，降低了反射、折射、绕射等井下复杂电磁环境的干扰，且定位精度不受井下狭长空间结构的影响。

2、提出了避让处理方法解决交叉巷道处未知节点的定位，提高了定位精度。

3、可避免依赖井下不稳定的RSSI测距，而且也可避免采用Dv-Hop算法时因狭长巷道结构造成的算法精度急剧恶化现象。

4、易于实现，节点成本低，无需精确布放固定节点，即可提高现有距离无关定位算法的定位精度并降低运算量。

附图说明

图1为实施例1的一段横井的无线传感器网络节点布放图。

图2为实施例1的定位结果示意图。

图3为实施例2的有分支井下巷道的无线传感器网络节点布放图。

图4为实施例2的定位结果示意图。

具体实施方式

本发明方法的步骤详述如下：

步骤1：沿井下巷道长度方向，从巷口至巷尾，在巷道两侧等间隔交错布放固定节点，并对每个固定节点分配唯一的由巷道号和节点序号组成的ID号。