[发明专利]一种无线传感器网络无源感知的方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络无源感知的方法。本发明首先利用汇聚节点接收无线网络环境内所有节点的数据，然后通过接收到的RSS值建立一个斜率为1的线性模型，假设两种情况，有目标出现在网络环境中和无人出现在网络环境中，预估计一个阈值，作为判断两种情况的分界点，最后，计算接收到的各个节点的RSS值在线性模型中的距离，并与这个阈值比较，做出有人或无人环境的选择，从而实现对目标的无源感知。本发明充分的利用较大物体对无线射频信号有巨大衰减的特点，对无线网络环境的监测和对人的感知。本方法可广泛地应用于像博物馆、档案馆这样重要物品保存单位，也可用于地下仓库、地下室等缺乏光照的需要保护的无人室内环境。

主权项

一种无线传感器网络无源感知的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)使用现有的令牌环网技术初始化无线传感器网络；(2)无线传感器网络中的节点有序的、逐一的进行广播发送数据包，无线传感器网络中的其余节点分别接收并记录所述的数据包；所述的数据包包括RSS值、发送节点ID号和接收节点ID号；(3)在无线传感器网络中设置有汇聚节点，所述汇聚节点周期性接收无线传感器网络中所有节点的数据包并记录，所述汇聚节点利用初始化时接收到的RSS值，在一个线性空间中，建立一条斜率为1的直线，然后汇聚节点把周期性接收到的RSS值在这个线性空间中计算到这条直线的几何距离，最后与我们估计的阈值做比较，做出检测到有人和无人的两种情况的选择，从而实现对人或物体的实时感知，所述实时感知方法如下：(3‑1)初始化无线传感器网络：其中无线传感器网络环境中有N个节点，并且两两可以相互通信，在i时刻，节点k发送数据包，则无线传感器网络中其余节点所收到节点k发送数据包的RSS向量值为${\stackrel{\→}{r}}_k\left(i\right)=\[r_{k,n_0}\left(i\right),\mathrm{...},r_{k,n_{N-1}}\left(i\right)\];$在一个时间窗口T内，计算无线传感器网络中其余节点所收到节点k发送数据包的RSS向量值的均值${\stackrel{\‾}{\stackrel{\→}{r}}}_k\left(i\right)=\frac{1}{T}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{\stackrel{\→}{r}}_k(i-t)$然后计算在i时刻无线传感器网络中其余节点所收到节点k发送数据包的RSS向量值的变化$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\→}{r}}_k\left(i\right)={\stackrel{\→}{r}}_k\left(i\right)-{\stackrel{\‾}{\stackrel{\→}{r}}}_k\left(i\right);$(3‑2)假设是否有人出现在无线传感器网络中的2种情况，并在空间中建立一条斜率为1的直线：其中，H₀为没有人出现在无线传感器网络中，H₁为有人出现在无线传感器网络中；在无线传感器网络设置汇聚节点，该汇聚节点接收到无线传感器网络中所有节点的数据包，记录所述数据包中的RSS值，估计一个${\hat{m}}_k=max\left(\mathrm{\Δ}{\stackrel{\→}{r}}_k\right(i\left)\right);$在一个时间窗口W_k(i)内，对于节点k发送的数据包包括l个RSS值传输，则：W_k(i)＝[Δr_k(i‑l+1),Δr_k(i‑l+2),…,Δr_k(i)]；在线性模型空间中建立一个斜率为1的直线Γ:模型：$\mathrm{\Γ}:{\mathrm{\Δr}}_{k,n_0}={\mathrm{\Δr}}_{k,n_1}=...={\mathrm{\Δr}}_{k,n_{N-1}}={\hat{m}}_k;$(3‑3)将每个节点的l个RSS值在线性模型空间中到直线Γ的最小值d_min与估计的阈值λ进行比较：其中所述估计阈值λ的过程：首先计算在时间窗口内，节点k的l个数据传输在线性模型空间中到直线Γ:的最小距离值d_min[k]：$d_{min}\[k\]=\underset{j\∈\[0,l-1\]}{min}\left(d_k\right(i-j\left)\right)$然后计算所有节点的d_min的均值a_d：$a_d=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{d}_{\min }\[k\]$最后得出d_min的标准差s_d：$s_d=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{(d_{\min }\[k\]-a_d)}^2}$得阈值λ的估计值为λ＝a_d+2·s_d；计算每个节点的l个RSS值在线性模型空间中到直线Γ的最小值d_min：$d_{\min }=\underset{j\∈\[0,l)}{\min }\left(d_k\right(i-j\left)\right)$其中，最后用d_min与λ比较：当d_min≤λ时，则判定为H₀，即没有人出现在无线传感器网络中；当d_min＞λ时，则判定为H₁，即有人出现在无线传感器网络中。