基于RSSI的有效锚节点选取方法技术

本发明专利技术提出了基于接受信号强度指示RSSI的有效锚节点选取方法，属于协同定位领域。包括以下步骤：步骤1，每个锚节点广播其自身位置与其RSSI信号；步骤2，对于每个锚节点，在收到其通信半径内其他锚节点的信号之后，计算该锚节点的区域路径损耗指数；步骤3，确定约束条件，建立有效锚节点选取模型；步骤4，根据约束条件对锚节点进行筛选，选出周围没有障碍物的有效锚节点集合；步骤5，从有效锚节点集合中选择4个距离目标节点最近的有效锚节点进行四边定位。本发明专利技术考虑传感器节点所处的真实环境，选择出有效的锚节点参与目标定位，有效降低环境和敌方干扰等因素对定位结果的影响。同时也有效的提高了定位的精度和定位的覆盖率。

Effective anchor node selection method based on RSSI

The invention provides a method for selecting an effective anchor node based on the signal strength indication RSSI, belonging to the field of cooperative localization. Includes the following steps: 1, each anchor node broadcast its own position and RSSI signal; step 2, for each anchor node, after receiving the signal of the other communication radius, anchor node, regional path loss index calculation of the anchor node; step 3, determine the constraint conditions, the establishment of an effective anchor node selection model; step 4, according to the constraint conditions of anchor node selection, select set of effective anchor nodes with no obstructions around; step 5, for a four from the selection of effective anchor node 4 distance target node recently set effective anchor node. The invention considers the real environment of the sensor node, selects an effective anchor node to participate in the target positioning, and effectively reduces the influence of the environment and the enemy interference on the positioning result. At the same time, it also improves the positioning accuracy and location coverage effectively.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及协同定位领域，具体涉及基于RSSI(receivedsignalstrengthindicator)的有效锚节点选取方法。
技术介绍
传感器定位是电子对抗系统中的一个重要组成部分，资源分配、任务调度、目标跟踪等高难度任务都需要精确的定位作为基础。组织多个不同类别的侦察传感器执行协同侦察定位任务是当今电子战的一大发展趋势。传统的单传感器独立侦察定位由于受环境、敌方态势、自身性能等多方面的限制，很难满足现代电子战的需求。因传感器节点本身具有无线通信能力，很容易获得信号强度值，所以RSSI是一种方便、廉价的测距技术。针对不同的协同定位模型，针对多传感器协同定位问题，在国外已有一些相关研究成果。信息与通信大学的JeongsuLee等人设计了一种军用移动基站定位系统，该系统同时利用RSSI和AOA信号进行混合定位，可以较快的定位出目标所在的小范围区域；但不适合精确定位。弗吉尼亚大学的TianHe等人提出一种APIT算法，利用节点之间的连通信息和节点接收到的邻居节点发送的RSSI值来判断节点之间的相对距离，与单纯利用连通信息的算法相比，可有效的提高定位精度；但该算法需要每个节点都有很好的信息处理能力，定位成本较高。国内在多传感器协同定位方面也已有一些研究成果。如国防科技大学的王珊珊等人提出一种RSSI-NLP算法，根据节点间的RSSI值计算出可通信节点间距离的相对关系，并结合线性规划的方法进行定位，有较好的定位效果；但随着未知节点数的增加，定位精度会急剧下降。重庆大学的熊志广等人提出基于中值原则与空间补偿模型的RSSI定位策略，实现了算法复杂度与定位性能上的折衷；但其定位结果过度依赖于定位环境的好坏。现有的定位算法大多有两方面的不足：一方面是定位算法的复杂度太高，在节点数较多的网络中，往往显得计算能力不足；另一方面是误差的累积，由于缺乏有效的误差判别方法，哪怕是初始定位环境中很小的误差都会在定位过程中不断的进行积累，最终导致定位精度的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于RSSI的有效锚节点选取方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于RSSI的有效锚节点选取方法，具体包括以下步骤：步骤1、定位场景中每个锚节点广播其自身位置与其RSSI信号；步骤2、对于每个锚节点Bi，在收到其通信半径R内其他锚节点的信号之后，计算Bi的区域路径损耗指数n(Bi)；步骤3、确定约束条件，建立有效锚节点选取模型；步骤4、根据约束条件对锚节点进行筛选，选出周围没有障碍物的有效锚节点集合S。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术根据感器所处环境动态选择有效锚节点进行后其定位，有效降低环境干扰等因素对定位结果的影响。2)本专利技术针对经典路径损耗指数采取经验值的方式进行改进，根据传感器所处环境动态确定节点之间的路径损耗指数。3)本专利技术将基于RSSI的有效锚节点选取模型应用于无线传感器协同定位领域，可以显著提高协同定位精度和协同定位覆盖率，防止误差累积。附图说明图1为基于RSSI的有效锚节点选取模型流程图。图2为示例实验图。图3为误差阈值α的节点定位覆盖率图。图4为误差阈值α的节点定位误差图。图5为定位误差对比图。具体实施方式本专利技术对传统的RSSI定位方法进行深入地分析，针对上述问题，提出了一种有效锚节点选取模型EAS(EfficientAnchor-NodeSelection)，并通过仿真实验与其它模型进行对比。仿真实验结果表明，EAS模型能够有效的消除初始网络环境产生的误差，提高定位的精度，有效防止误差的累积。本专利技术的一种基于RSSI的有效锚节点选取方法，包括以下步骤：步骤1、在定位场景中每个锚节点广播其自身位置与其RSSI信号；步骤2、对于每个锚节点Bi，在收到其通信半径R内其他锚节点的信号之后，计算锚节点Bi的区域路径损耗指数n(Bi)；所述区域路径损耗指数n(Bi)计算方法为：步骤2-1、确定任意两个锚节点Bi,Bj之间的距离，所用公式为：其中，(xi,yi,zi),(xj,yj,zj)分别为锚节点Bi,Bj的坐标；步骤2-2、确定任意两个锚节点Bi,Bj之间的路径损耗指数n(Bi,Bj)，所述公式为：其中，Bj为发送节点，Bi为接收节点；d为两节点之间的距离；RSSI(Bi,Bj)为Bi,Bj之间信号强度；X0定义为均值为0、方差为5的高斯随机变量；PT为发射功率，PL(d0)为接收功率；步骤2-3、确定高斯路径损耗影响系数fi(Bj)，所述公式为：其中，(xi,yi,zi),(xj,yj,zj)分别为锚节点Bi,Bj的坐标，fi(Bj)是均值为0、方差为1的高斯分布函数；步骤2-4、确定区域路径损耗指数nR(Bi)，所述公式为：其中，区域路径损耗指数nR(Bi)由N个局部路径损耗指数组成，N是Bi通信半径R内其他锚节点的数量，其中第j个局部路径损耗指数由第j(1≤j≤N)个锚节点所确定，每个局域路径损耗指数由高斯路径损耗影响系数和路径损耗指数相关和的乘积计算所得，Bj的路径损耗指数相关和代表Bj与其他锚节点Bk(1≤k≤N,k≠j)之间的路径损耗指数之和。步骤3、确定有效锚节点的约束条件，建立有效锚节点选取模型；所述有效锚节点的约束条件为：其中，其中n(Bi,Bj)为锚节点Bi与其通信半径R内其他锚节点Bj(1≤j≤N)之间的路径损耗指数，nR(Bi)为锚节点Bi的区域路径损耗指数，(xi,yi,zi),(xj,yj,zj)分别为锚节点Bi,Bj的坐标，α为误差阈值。步骤4、根据步骤3确定的约束条件对锚节点进行筛选，选出周围没有障碍物的有效锚节点集合S，完成有效锚节点的选取。所述有效锚节点筛选原则为：当锚节点Bi与其通信半径R内其他锚节点Bj(1≤j≤N)之间的路径损耗指数n(Bi,Bj)与Bi区域路径损耗指数nR(Bi)的差值均小于误差阈值α时，表示锚节点Bi是一个有效的锚节点；当锚节点Bi周围存在障碍物时，Bi必定不满足于有效锚节点约束条件，从而Bi不是一个有效的锚节点。为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术问题、技术方案和技术效果，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的基于RSSI的有效锚节点选取模型作进一步详细说明。本专利技术提供一种基于RSSI的有效锚节点选取模型，基本流程如图1所示。具体步骤如下：步骤1：每个锚节点广播其自身位置与其RSSI信号；步骤2：对于每个锚节点Bi，在收到其通信半径R内其他锚节点的信号之后，计算Bi的区域路径损耗指数n(Bi)；其中，确定两个锚节点Bi,Bj之间的距离，所用公式为：其中，(xi,yi,zi),(xj,yj,zj)分别为锚节点Bi,Bj的坐标。确定两个锚节点Bi,Bj之间的路径损耗指数n(Bi,Bj)，所述公式为：其中，Bj为发送节点，Bi为接收节点；d为两节点之间的距离；RSSI(Bi,Bj)为Bi,Bj之间信号强度；X0定义为均值为0、方差为5的高斯随机变量；PT为发射功率，PL(d0)为接收功率。确定高斯路径损耗影响系数fi(Bj)，所述公式为：其中，(xi,yi,zi),(xj,yj,zj)分别为锚节点Bi,Bj的坐标。fi(Bj)是均值为0、方差为1的高斯分布函数。由于高斯分布具有精度高，覆盖面广等优点，因此我们将锚节点之间的距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RSSI的有效锚节点选取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在定位场景中每个锚节点广播其自身位置与其RSSI信号；步骤2、对于每个锚节点Bi，在收到其通信半径R内其他锚节点的信号之后，计算锚节点Bi的区域路径损耗指数n(Bi)；步骤3、确定有效锚节点的约束条件，建立有效锚节点选取模型；步骤4、根据步骤3确定的约束条件对锚节点进行筛选，选出周围没有障碍物的有效锚节点集合S，完成有效锚节点的选取。

【技术特征摘要】
1.一种基于RSSI的有效锚节点选取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在定位场景中每个锚节点广播其自身位置与其RSSI信号；步骤2、对于每个锚节点Bi，在收到其通信半径R内其他锚节点的信号之后，计算锚节点Bi的区域路径损耗指数n(Bi)；步骤3、确定有效锚节点的约束条件，建立有效锚节点选取模型；步骤4、根据步骤3确定的约束条件对锚节点进行筛选，选出周围没有障碍物的有效锚节点集合S，完成有效锚节点的选取。2.如权利要求1所述的基于RSSI的有效锚节点选取方法，其特征在于：步骤2中，所述区域路径损耗指数n(Bi)计算方法为：步骤2-1、确定任意两个锚节点Bi,Bj之间的距离，所用公式为：d(Bi,Bj)=(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2]]>其中，(xi,yi,zi),(xj,yj,zj)分别为锚节点Bi,Bj的坐标；步骤2-2、确定任意两个锚节点Bi,Bj之间的路径损耗指数n(Bi,Bj)，所述公式为：n(Bi,Bj)=PT-PL(d0)-RSSI(Bi,Bj)-X010×lg[d(Bi,Bj)/d0]]]>其中，Bj为发送节点，Bi为接收节点；d为两节点之间的距离；RSSI(Bi,Bj)为Bi,Bj之间信号强度；X0定义为均值为0、方差为5的高斯随机变量；PT为发射功率，PL(d0)为接收功率；步骤2-3、确定高斯路径损耗影响系数fi(Bj)，所述公式为：fi(Bj)=12πexp[-(xj-xi)2+(yj-yi)2+(zj-zi)22]]]>其中，(xi,yi,zi),(xj,yj,zj)分别为锚节点Bi,Bj的坐标，fi(...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄毅，夏晓东，顾晶晶，李静，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32