[发明专利]一种无线传感器网络中物体定位感知的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络，具体地，涉及一种无线传感器网络中物体定位感知的方法及系统。

背景技术

无线传感器网络越来越多地得到应用，例如用来监测天气、水文、温度、湿度、位置等等。现在研究和应用中都非常流行的无线传感器网络是物联网，其在物流企业中得到广泛的应用以监控货物的位置。

通过无线传感器网络来对物体进行定位感知是无线传感器网络的重要应用。在现有的无线传感器网络中，所进行的物体定位感知主要是传感器节点本身的位置定位感知。对于非传感器节点进入无线传感器网络中的定位感知，传感器节点通过声波、磁场等特征来侦测是否有目标出现，并进行跟踪和定位，会导致无线传感器节点的成本显著上升。

目前，在无线传感器网络中，国内外对目标的定位采用的节点定位机制，包括采用基于信号到达时间（TOA）、基于信号到达的时间差（TDOA）、基于接收信号的强度（RSSI）、基于信号到达的角度（AOA）等几种方法。

TOA定位方法是采用信号到达时间来测量距离的，是一种基于电波传输时间的定位技术。己知信号传播速度，通过测量信号从发射机传播到多个接收机所消耗的传播时间来确定移动用户的位置。TOA测距的基本思想是测量物体发射信号的到达时间，并且在发射信号中要包含发射时间标记以便接收节点确定发射信号所传播的距离。为了避免定位点的模糊性，该方法至少需要三个位置的节点参与测量。

TDOA定位法的基本思想是目标物体携带超声波收发器和RF收发器，通过记录两种不同信号在两个节点中的传播时间差，再考虑两种信号的传播速度，由传播时间差计算得到距离。与TOA方法相比，TDOA不需要时间同步，对时间精度的要求比较低，

RSSI定位方法是采用信号强度来测量距离的。在己知发射功率的情况下，在接收节点测量接收功率，从而计算出信号的传播损耗，再使用理论或经验传播模型将传播损耗转化为距离，该技术主要使用RF信号。

AOA算法则是一种估算节点发送信号方向的技术，AOA定位法的基本思想是由两个或者更多节点发射信号的到达角度来估计目标物体的位置。该方法将距离的测量转换为角度的测量，通过接收信号到达的方向来计算两个节点之间的相对方位角，最后通过三角测量法计算目标物体坐标。

无线地下传感器网络（WUSN）是指将大部分传感器节点埋于地下土壤中，以无线电作为通信载体的传感器网络。无线地下传感器网络具有良好的应用价值，可以用来监测土壤成分、地下动物巢穴、地下建筑物状况以及地面上物体移动情况等，为农业、环保、科学研究以及安全监控等应用提供有用的信息。为了节约无线传感器网络的铺设成本，并实现对物体定位感知的功能，需要提出一种新的实现方案来解决物体定位感知的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络中物体定位感知的方法及系统，用于实现对无线传感器网络中的物体进行定位感知。

为了实现上述目的，本发明提供一种无线传感器网络中物体定位感知的方法，该无线传感器网络包括传感器节点、汇聚节点和管理节点，距离所述传感器节点为1跳的传感器节点为邻居节点；该方法包括：传感器节点接收到管理节点的工作指令后开始向邻居节点发送探测消息；在传感器节点根据从所述邻居节点接收的探测消息判定从第一邻居节点接收的探测消息的信号强度低于信号强度阈值的情况下，则所述传感器节点将所述传感器节点的标识以及所述第一邻居节点的标识发送至所述汇聚节点或距离所述传感器节点和所述第一邻居节点均为一跳的第二邻居节点，由所述汇聚节点发送至所述管理节点或者由所述第二邻居节点发送至所述汇聚节点并由所述汇聚节点发送至所述管理节点，以对物体进行定位感知；在传感器节点根据从所述邻居节点接收的探测消息判定从邻居节点接收的探测消息的信号强度不低于信号强度阈值的情况下，则所述传感器节点向邻居节点发送探测消息并从邻居节点接收探测消息。

优选地，在传感器节点根据从所述邻居节点接收的探测消息判定从邻居节点接收的探测消息的信号强度低于信号强度阈值的情况下，所述传感器节点还将时间信息发送至所述汇聚节点或所述第二邻居节点，所述时间信息由所述汇聚节点发送至所述管理节点或者由所述第二邻居节点发送至所述汇聚节点并由所述汇聚节点发送至所述管理节点，所述管理节点根据所述时间信息计算物体运动速度。

优选地，所述传感器节点分为边界节点和非边界节点，位于所述无线传感器网络边界上的节点为边界节点，位于所述无线传感器网络内部的节点为非边界节点。