[发明专利]一种基于RSSI测距的水质监测网络定位方法

说明书

一种基于RSSI测距的水质监测网络定位方法，建立RF通信建模；获得无线信号经过参考距离d₀后的路径损耗P_L(d₀)；周期性测量待定位节点与其邻居参考节点间的接收信号强度RSSI，然后利用RF无线信号传播模型，计算出当前监测区域内的路径损耗指数n；根据已知参考节点坐标，对参考节点间的测量距离与实际距离进行比较，获得RSSI的相对测距误差；建立监测节点的距离方程，进行进行泰勒级数展开，采用加权最小二乘算法WLS进行处理，更新参数矢量。该方法能有效减少测距误差，能使基于RSSI测距的定位方法适用于各种不同环境下的水质监测系统，能满足网络环境复杂恶劣和定位成本受限的水质在线监测系统的定位需求。

技术领域

本发明属于水质监测技术领域，具体涉及一种基于RSSI测距的水质监测网络定位方法。

背景技术

无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)能够自组织和迅速展开，通过其内部众多的传感器节点协作地感知和采集环境监测信息，利用其分布式处理和多跳传输的优势，将数据处理结果发送给终端设备。无线传感器网络的容错性强和工作寿命长等特点，使得其在湖河环境水质监测领域具有广泛的应用前景。集数据采集、数据传输、预测分析和信息显示于一体的水质在线监测系统，能使无线传感器网络能够全面、准确地获取数据信息，进而可以为评价、改善环境水质状况提供有效的依据。而定位问题是水质监测无线网络中基本而必不可少的关键问题。

现有技术中，获得节点位置信息的直接方法是应用全球定位系统(globalpositioning system，GPS)来进行定位，但受水质监测系统成本和部署环境等现场限制，实施过程异常困难，因此对监测点定位技术的研究成为了必要。通常更加合理的解决办法是，给部分监测节点配备GPS获得坐标，作为锚节点或信标节点或参考节点，其他节点称为未知节点或普通节点或盲节点，其坐标可以在锚节点位置已知的基础上通过无线通信采用相应定位算法进行估算。目前一般将定位算法通常分为两类，即基于测距(range-based)定位算法和无需测距(range-free)定位算法。Range-free测距算法通信开销小，但精度较差。到达时间(TOA) 和到达角(AOA)测距算法通过距离或角度的测量来获得较高的定位精度，但成本、计算量和通信开销较大。

RSSI(received signal strength indicator)测距算法通过测量接收信号强度，利用RF无线传播模型获得监测节点间距离的估算，功耗和成本较低。但RF信号传播建模受环境因素影响，需要采取适当措施减小测距误差。而在现有的定位方法中，并不能有效减少测距误差，从而使基于RSSI测距的定位方法无法适用于各种不同环境下的水质监测系统，更无法满足网络环境复杂恶劣和定位成本受限的水质在线监测系统的定位需求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于RSSI测距的水质监测网络定位方法，该方法能有效减少测距误差，能使基于RSSI测距的定位方法适用于各种不同环境下的水质监测系统，能满足网络环境复杂恶劣和定位成本受限的水质在线监测系统的定位需求。

本发明提供了一种基于RSSI测距的水质监测网络定位方法，包括以下步骤：

步骤一：根据公式(1)建立RF通信建模；

式中，n为路径损耗指数；d₀为信号传播参考距离；P_R(d₀)是信号发射后d₀处的接收信号强度，X_σ是均值为0、标准差范围4～10的高斯随机变量；

步骤二：根据公式(2)获得无线信号经过参考距离d₀后的路径损耗P_L(d₀)；