[发明专利]无线传感网络节点定位的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，具体涉及一种无线传感器网络中的节点自定位算法。

背景技术

在无线传感网络中，由于信号强度信息不需要额外的代价在信息的发送接收过程中就可以获得，所以信号强度被公认为是一种非常具有吸引力的定位信息。但利用该信息进行定位的挑战在于，信号强度值由于多径反射等环境因素的影响而具有不可预测性。也就是说，信号强度值与距离之间的对应关系并不明显。如果无法对当前环境进行合理地模型化，很难直接从信号强度值推断出其对应的物理距离。

已有的基于信号强度的定位研究通常从以下两个方向来利用信号强度信息实现定位。现有技术中基于信号强度的定位算法可以分为基于经验拟合和基于经验值匹配两种。SpotOn系统是最早出现的基于信号强度的定位系统之一。只利用信号强度信息，SpotOn系统就能够确定节点的当前位置。通过对经验数据进行分析，SpotOn系统可以推导出信号强度和物理距离之间的函数关系。由该函数关系，基站根据来自传感节点的消息的信号强度值就可以估算出它们之间的距离。当至少3个基站均接收到来自某传感节点的信息时，服务器便能够定位该节点。不难发现，通过信号强度值直接推导距离信息的方法，计算复杂度低，节点开销小，具有较好的扩张性。但在实际应用中，由于多径反射，障碍物等环境因素的影响，信号强度值与物理距离之间并没有严格的对应关系。故此类方法的定位精度在复杂环境下，像室内环境，具有较低的定位精度。

由此，很多研究者开始考虑使用另外一种方式来利用信号强度值：通过预先在定位区域采集信号强度经验值构建一个定位区域的信号强度分布图，然后对传感节点收集的信号强度信息搜索该分布图来确定最终的位置。RADAR系统即属于此类方法的典型代表。

RADAR在覆盖区域里面预先选取一些信息采集点并按(x，y，RSSI₁，RSSI₂，...，RSSI_n)方式预先记录这些位置所有n个发送节点收集到的RSSI值。如此，RADAR便得到一张定位区域RSSI值散点分布图。假如，传感节点收集到的信息为(RSSI′₁，RSSI′₂，...，RSSI′_n)，RADAR搜索预先获取的信号强度分布图来选取最符合当前信息的位置作为该传感节点的坐标。即对信号强度分布图中的所有点，计算式的值。这些值中最小的那个对应的地图中的点坐标即为最后的定位结果。

目前的技术方案大多采用经验值匹配的方式，节点的开销代价小，计算复杂度低，同时可以取得不错的定位精度，但是由于其涉及对定位区域进行大范围采样导致此类方法的扩展性较差。另外，由于每次定位都需要搜索整个数据库进行匹配，后台的计算工作量也不小。目前基于信号强度的定位算法还存在较多的问题需要进一步探索和研究。本发明因此而来。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种无线传感网络中基于信号强度拟合经验图的定位方法，其包括三个步骤：二元经验表获取、经验图拟合以及节点定位三个过程。本发明提出的无线传感器网络中的节点定位方法，兼具经验值拟合和经验值匹配两种方法的优点，充分考虑到节点信号传输模型各向异性的影响，同时又具备较好的扩展性，具有很强的实用价值。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种无线传感网络节点定位的方法，所述待定位节点作为接收节点，接收到无线传感网络中来自n个锚节点的消息信号强度分别为RSSI₁，RSSI₂，RSSI_i，...，RSSI_n，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)将无线传感网络划分成1×1的小网格SGrid，获取SGrid的质心G(x，y)作为其代表，其中x、y分别为G的横坐标和纵坐标；

对每一个小网格的质心G，获取G到n个锚节点的距离分别为：D₁，D₂，D_i，...，D_n；以及G和n个锚节点的α角(α角为发送节点(此处为锚节点)和接收节点的底座中心连线与发送节点底座长边垂线的夹角，如图1所示)分别为：θ₁，θ₂，...，θ_n。