[发明专利]一种基于移动锚节点RSSI的传感节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感节点定位方法，尤其是涉及一种基于移动锚节点RSSI的传感节点定位方法。

背景技术

无线传感器网络广泛应用于军事、工业控制、医学治疗、环境监测、智能开发等领域。位置信息对于传感器网络的监测活动来说是至关重要的，因此传感器网络最基本的功能之一就是确定事件发生的位置或获取消息的节点的位置。然而监测区域内随机分布的传感器节点事先无法知道自身的位置，所以节点布置后必须进行实时定位。

传感器网络定位算法可分为两类：基于测距的定位算法和无需测距的定位算法。基于测距的节点定位技术通过电波信号获取未知节点和锚节点间的距离，再通过合适的计算方法估算出节点的大致位置。测距技术一般分为四种：基于TOA(Time of Arrival，到达时间)、基于TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)、基于AOA(Angle of Arrival，到达角度)、基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指数)。未知节点在获取与临近锚节点的距离，或与临近锚节点间的相对角度后，通常使用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法来计算自身位置。其中基于TOA/TDOA/AOA定位技术成本高、难度大，不适合无线传感器网络。基于RSSI的定位技术不需要额外的硬件，具有硬件成本低、实现简单、低功耗等优点，对于无线传感器网络来说是一种经济方便的方法。

目前大多数基于测距的定位算法都是直接通过未知节点和多个传感器节点间的距离来计算未知节点具体位置的。由于环境因素的影响，测量到的节点间距离与节点间实际的距离具有一定的偏差，这些偏差导致了节点的定位误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种硬件设备要求较低、实现复杂度低、定位精度高的基于移动锚节点RSSI的传感节点定位方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于移动锚节点RSSI的传感节点定位方法，包括以下步骤：

S1，对无线网络进行初始化配置，所述的无线网络包括待定位的未知节点和2个以上锚节点；

S2，各锚节点在同一平面内以各自设定轨迹做直线运动，并周期性广播自己的位置信息，同时未知节点收集各锚节点的信息，所述信息包括锚节点每次广播时的位置信息和对应RSSI值；

S3，对于每个锚节点，根据未知节点接收到的呈先增加后减小趋势的RSSI值序列，计算未知节点在该锚节点轨迹上的垂点坐标；

S4，根据未知节点在至少2个锚节点轨迹上的垂点坐标及对应的锚节点轨迹，利用几何关系得到未知节点的坐标。

所述的步骤S3中，未知节点在锚节点轨迹上的垂点坐标计算方法包括以下步骤：

S31，获取RSSI值序列，序列中包含N个RSSI值，将该锚节点每次广播信息的位置看作信标点，令该锚节点初始位置即第一个信标点的二维坐标为(x₀，y₀)，其余信标点与初始位置的距离为参考距离d，轨迹上最后一个信标点与初始位置的参考距离为d_max，以d为自变量，未知节点接收到的相应的RSSI值为因变量，利用最小二乘法应用多项式模型，求得RSSI的多项式表达式P(d)；

S32，采用折半查找法得到未知节点在该锚节点轨迹上的垂点坐标，使该坐标点上对应的RSSI值最大。

所述的步骤S31中，筛选出数值大于阈值的RSSI值，组成序列。

所述的步骤S32具体包括以下步骤：

1)在经筛选后的N个RSSI值中选取最大值，记为第m个点，其值为RSSI(m)。令r_max＝RSSI(m)+p，p为正数，可根据实际情况做相应调整，目的是保证r_max＝P(d)在d∈[0,d_max]范围内无实根，令r_min＝RSSI(m-s)或r_min＝RSSI(m+s)，m±s代表信标点的序号，s取值为2、3或4，目的是保证r_min＝P(d)在d∈[0,d_max]范围内有两个实根；

2)令r_mid＝(r_max+r_min)/2，求解r_mid＝P(d)；