[发明专利]一种自适应精度控制的WSN节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及WSN节点定位方法，特别涉及一种自适应精度控制的WSN节点定位方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是借助部署大量具有感知、计算和无线通信能力的传感器节点而组成的网络。传感器节点具备感知、计算和通信等功能，彼此合作完成一些复杂的任务。一般情况下，要提供这些服务，首先要获得传感器节点的位置信息。因此，WSN节点的定位问题逐渐成为人们关注的热点。

常用的WSN节点定位方法很多，一般首先都需要已知一些节点的位置信息，这类节点被称为信标节点，在获取信标节点位置的基础上，借助一定的定位方法，完成未知节点的定位。基于RSSI(Received Signal Strength Indication)来进行测距的WSN节点定位是一种较为常用的方法。在获得RSSI的基础上，通过一定的信号传播模型就可以进行测距。可是在噪声的影响下，RSSI具有一定的波动特性，会引入一定的测距误差，从而WSN节点的定位误差也是波动的。此外，信标节点的分布均匀情况下，一般能够获得好的定位结果，但实际情况下，信标节点的部署有可能是随机的从而导致WSN节点的定位误差波动。因此，WSN节点在不同位置、不同时间的定位具有很大的差异性。一般情况下，可以通过多次测量RSSI求平均值，来提高WSN节点定位的精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决噪声和信标节点的部署会导致WSN节点的定位误差波动的问题而提出的一种自适应精度控制的WSN节点定位方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一、在WSN工作环境内，部署M个信标节点；对于工作环境内任意的未知节点U＝(x,y)，设U接收到信号的第i个信标节点为B_i＝(x_i,y_i)，i＝1,2,...,N,N≤M，B_i对于未知节点U是可见的；其中，(x_i,y_i)表示信标节点B_i的坐标，N表示对于未知节点U可见的信标节点的数目；

步骤二、在受高斯噪声n的影响下，根据一般的信号传播模型，计算未知节点与信标节点B_i的距离v_i：根据v_i得到未知节点U到信标节点B_i真实距离d_i的无偏估计量

其中，i＝1,2,...,N；在距离信标节点d₀处设置参考节点，参考节点接收信标节点B_i的信号功率为P_i(d₀)；未知节点U与信标节点B_i的距离为d_i；在不受噪声的情况下，未知节点U接收到信标节点B_i的信号功率为P_i(d_i)；在高斯噪声n的影响下，未知节点U通过K次测量接收到信标节点B_i的信号功率的均值为α为路径损耗指数，对于传感器网络工作环境为自由空间时,其值一般取为2；n为均值为0，方差为的高斯噪声；K为整数；

步骤三、根据无偏估计量结合加权最小二乘法和牛顿迭代法得到如下矩阵形式：

b＝H·△X(3)

其中，

权重矩阵W为：

获得△X为：

△X＝(H^TWH)^-1H^TWb(7)

取△X＝[(x_k-x_k-1) (y_k-y_k-1)]^T，根据公式(4)、(5)、(6)和(7)进行迭代求解，得到信号测量次数为K次时，未知节点U位置的估计坐标其中，x_k,y_k为第k次牛顿迭代法求解未知节点U位置坐标；

步骤四、定义误差因子R＝tr((H^TD^-1H)^-1)，根据未知节点U位置的估计坐标计算定位误差的方差为：

其中，tr(·)表示矩阵的迹，即对角线元素之和；定义diag[·]表示对角阵；