[发明专利]一种基于RSSI的无线传感器网络全移动节点定位方法

摘要

本发明涉及一种基于RSSI的无线传感器网络全移动节点定位方法。目前的测距定位算法多用于静态节点定位，或者部分节点移动，部分节点静止的情况，未见将RSSI测距算法应用于锚节点和未知节点均处于移动状态下的节点定位，且目前算法无法解决当锚节点数量少于3个的情况下的节点定位。本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于RSSI的无线传感器网络全移动节点定位方法。本发明可以在未知节点与四个，三个，两个以及一个锚节点通信时，采用不同的算法得出未知节点的位置。

主权项

1.一种基于RSSI的无线传感器网络全移动节点定位方法，其特征在于，当未知节点能够与4个，3个，2个以及1个锚节点通信时，均可得出未知节点的位置；(1)当锚节点和未知节点都在随机移动，在k时刻，当未知节点X能与4个及以上锚节点进行通信时，选取其中4个RSSI值最大的锚节点A、B、C、D来定位该未知节点，未知节点接收到的来自锚节点A、B、C、D的信号强度分别为RSSIA、RSSIB、RSSIC、RSSID，利用距离转换模型，可计算出X到锚节点A、B、C、D的距离dA、dB、dC、dD，从这四个锚节点中，任意选出三个来定位未知节点，则同一个未知节点总共可以被定位4次，每次定位坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)，假设先以B、C、D为锚节点定位未知节点X，分别以锚节点B、C、D为圆点，dB、dC、dD为半径的三个圆相交于点X，则该点即为未知节点的位置，计算公式如(7)：式中(xB,yB)、(xC,yC)、(xD,yD)分别为锚节点B、C、D的坐标，(x1,y1)为通过锚节点B、C、D来定位的未知节点X的坐标，dB、dC、dD分别为锚节点B、C、D到未知节点X的距离，通过式(7)可求得未知节点X的坐标：利用上述方法，可以分别得到用锚节点A、C、D，A、B、D，A、B、C定位的未知节点坐标(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)，使用质心加权定位算法确定未知节点的坐标；(2)当锚节点和未知节点都在随机移动，在第k时刻，当只有3个锚节点能够与未知节点进行通信时，假设锚节点分别为A、B、C，未知节点接收到的信号强度分别为RSSIA、RSSIB、RSSIC，利用距离转换模型，其分别到未知节点的距离为dA、dB、dC，则分别以锚节点A、B、C为圆心，分别以dA、dB、dC为半径画圆，相交于未知节点X，可采用三边测量法定位未知节点坐标；(3)当锚节点和未知节点都在随机移动，在k时刻，当未知节点X只能与2个锚节点A和B进行通信时，设未知节点的移动速度为v，未知节点在k‑1时刻定位成功其坐标为(xk‑1,yk‑1)，k时刻锚节点A和B与未知节点X进行通信，锚节点到未知节点X的距离分别为dA、dB，分别以锚节点A和B为圆心，以dA、dB为半径画圆，则两个圆相交的点分别为X1和X2，根据公式(18)求出交点的坐标X1(x1,y1)、X2(x2,y2)，然后计算k‑1时刻未知节点X到X1和X2的距离值分别为d1、d2，若|d1‑v|<|d2‑v|，则X1为未知节点X在k时刻的位置，若|d2‑v|<|d1‑v|，则X2为未知节点X在k时刻的位置；(4)当锚节点和未知节点都在随机移动，在k时刻，当只有1个锚节点A能够与未知节点X通信的时候，未知节点的移动速度为v，k‑n到k‑1时刻，未知节点定位成功，前n个时刻定位的坐标倾斜角序列分别为θ_i＝(θ_k‑n,θ_k‑n+1,…,θ_k‑1)，其中用后一项减去前一项得到相邻的角度差序列Δθ_i＝(Δθ₁,Δθ₂,…,Δθ_n‑1)，利用这n‑1个角度差来预测第n个角度差，进而计算出来k时刻未知节点相对于坐标原点的倾斜角，预测用的方法是灰预测，以角度差序列作为原始序列，令Δθ_i＝x⁽⁰⁾(m)，其中m＝i＝1,…n‑1具体过程如下：原始序列为：x(0)(m)＝(x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n‑1))        (19)1)做一阶累加生成序列：2)构造GM(1,1)的背景值：3)建立x(1)(k),k＝1,2,…,n‑1的一阶线性白化微分方程：其中a,u为待定系数，方程(22)的白化函数式为：4)根据最小二乘法原理估计参数a,u其中，数据矩阵B和Yn为：5)将a,u的估计值代入式(23),得到预测方程6)建立原始数据序列模型：式中，为原始数据序列x⁽⁰⁾(k),k＝1,2,…,n‑1的拟合值；为原始数据序列x⁽⁰⁾(k),k＝1,2,…,n‑1的预测值；预测出Δθn后，计算k时刻未知节点的位置相对于坐标原点的倾斜角为：θk＝θk‑1+Δθn               (29)k‑1时刻，以未知节点X的位置为圆心，速度v为半径的圆与k时刻以锚节点A位置为圆心，dA为半径的圆相交于X1和X2两个点，这两个点中有一个点为k时刻未知节点X的位置，由于估计出了k时刻未知节点与原点连线L的倾斜角，通过判断X1和X2到直线L的距离可以确定哪个点为正确的位置，即距离较近的点为k时刻未知节点运动到的位置；k‑1时刻未知节点X的坐标为(xk‑1,yk‑1)，k时刻锚节点A的坐标为(xA,yA)，X1和X2计算公式为：