本发明专利技术公开了一种针对无线传感器网络的无需测距技术的信号图定位方法，该方法对于任意一个目标节点ＮＴ↓［ｐ］第一步利用平均值法建立信号空间模型，计算获得当前网络信号空间矩阵和物理位置信息矩阵；第二步根据信号强度平均值法计算目标节点ＮＴ↓［ｐ］的接收信号强度向量ＲＳＳ↓［ｐ］↑［ＮＴ］；第三步利用补偿的Ｋ值近邻法选取目标节点ＮＴ↓［ｐ］的近邻参考位置点；第四步利用信号强度加权法计算目标节点ＮＴ↓［ｐ］的三维坐标Ｐｏｓ↓［ｐ］↑［ＮＴ］＝（ｘ↓［ｐ］↑［ＮＴ］，ｙ↓［ｐ］↑［ＮＴ］，ｚ↓［ｐ］↑［ＮＴ］）。本发明专利技术方法直接利用信号强度作为参数进行定位；无需参数转换，消除了转换误差；并且降低了系统部署的复杂度；通过采用近邻选择及加权算法对采集的参数进行处理，降低了传感器节点差异及环境噪声等对定位精度带来的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无需测距技术的信号图定位方法，特别涉及一种基于信号强度距 离的无线传感器网络信号图定位方法。
技术介绍
随着微机电系统(micro-electro-mechanism system,简称MEMS)、无线 通信和数字电子技术的进步诞生了无线传感器网络(wireless sensor network,简 称WSN)。对于大多数WSN应用，不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。 传感器节点必须明确自身位置才能详细说明"在什么位置或区域发生了特定事件"， 实现对外部目标的定位和追踪。WSN的自身定位技术主要分为基于测距技术(Range-Based)与无须测距技术 (Range-Free)。其中Range-Based技术通过测量节点间点到点的距离或角度信 息，使用三边测量、三角测量或最大似然估计定位法计算节点位置；Range-Free技 术则无须距离和角度信息,仅根据网络连通性等信息即可实现。基于Range-free技术的WSN定位方法主要分为DV-Hop、凸规划和 MDR-MAP等。Range-Free技术的特点为普适性较好，不需要额外设备，但定位 精度较差，锚节点密度较高。基于Range-Based技术的WSN定位方法主要有RSSI、TOA、TDOA和AOA。 TOA (Time Of Arrival) 、 DOA (Time Difference On Arrival) 、 AOA (Angle Of Arrival)等技术。基于Range-Based技术的定位方法大多需要额外硬件,使得系统 成本增加。RSSI (Received Signal Strength Indicator)根据无线传感器节点间信号强度进行定位，不需要额外硬件，系统成本较低。在RSSI定位技术中，信号图定位方法(Radio-Map)由于其低算法复杂度、不需要额外设备等特点备受关注。但是基本信号图定位方法也存在缺陷，主要表现为 离线阶段部署工作量大；采用无线信号传输模型导致其普适性较差，当环境发生改变 时，需要重新初始化所有系统参数。因此，本专利技术公开，不 依赖于无线信号传输的具体模型，无需将信号强度信息转换成物理空间距离，所以， 普适性更强。 发 明 内 容本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号 图定位方法，通过该方法，可以实现无需测距技术、只利用信号图和信号强度信息对 无线传感器网络中的目标节点实现定位。本专利技术的采用的分为 两个阶段第一阶段为信号空间模型建立阶段，在传感器网络中布置一些已知位置的锚节 点，根据传感器网络的实际情况选取一系列的参考位置点，记录下所有参考位置点的 三维坐标，构成物理位置信息矩阵，并在各个参考位置点对所有锚节点进行多次信号 强度采集，采用"平均值法"求出由各个锚节点信号强度构成的参考位置点信号强度 向量，所有参考位置点的信号强度向量构成当前网络信号空间矩阵。第二阶段为目标节点定位，当目标节点进入定位网络后，采用"平均值法"，对 多次采集到的各个锚节点的信号强度取其平均值，减少由于环境等因素对于目标节点 接收到的信号强度向量的影响，得到由各个锚节点信号强度平均值构成的目标节点的 信号强度向量。接着利用补偿的K值近邻法选取目标节点的邻居参考位置节点，计 算目标节点信号强度向量与所有参考位置点信号强度向量在各维(从各个锚节点接收 到的信号强度)上信号强度差的平方并求出所有信号强度差平方的平均值，目标节点 在获取各个锚节点信号强度的过程中置信大多数维度上的信号强度，将与信号强度平 方的平均值相差最大的i^C (i^C的取值约为锚节点数量的1/4)个维度的值用上述平均值替换，利用上述计算得出的修正后的信号强度差的平方，通过公式计算各个 参考位置点与目标节点的欧几里德距离，选取出所有计算出的欧几里德距离的最小 值，如果最小值小于等于l，说明目标节点就在该参考位置点覆盖范围内，直接釆用 该参考点作为定位结果，否则将满足邻居参考位置点判别公式的参考位置点选入邻居 参考位置点集合，计箅各个邻居参考位置点对于目标节点的权重，通过权重和邻居参 考位置点的三维坐标的计箅，得出目标节点的三维坐标。附图说明图1是本专利技术基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法的结构框图。 图2是基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法的系统应用部署图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进一步的详细说明。参见图1所示，本专利技术的采用的一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法分为两个阶段第一阶段为信号空间模型建立阶段，在传感器网络中布置一些已知位置的锚节 点，根据传感器网络的实际情况选取一系列的参考位置点，记录下所有参考位置点的 三维坐标，构成物理位置信息矩阵，并在各个参考位置点对所有锚节点进行多次信号 强度采集，采用"平均值法"求出由各个锚节点信号强度构成的参考位置点信号强度 向量，所有参考位置点的信号强度向量构成当前网络信号空间矩阵。第二阶段为目标节点定位，当目标节点进入定位网络后，采用"平均值法"，对 多次釆集到的各个锚节点的信号强度取其平均值，减少由于环境等因素对于目标节点 接收到的信号强度向量的影响，得到由各个锚节点信号强度平均值构成的目标节点的 信号强度向量。接着利用补偿的《值近邻法选取目标节点的邻居参考位置节点，计算 目标节点信号强度向量与所有参考位置点信号强度向量在各维(从各个锚节点接收到 的信号强度)上信号强度差的平方并求出所有信号强度差平方的平均值，目标节点在 获取各个锚节点信号强度的过程中置信大多数维度上的信号强度，将与信号强度平方 的平均值相差最大的户BC (尸SC的取值约为锚节点数量的1/4)个维度的值用上述 平均值替换，利用上述计箅得出的修正后的信号强度差的平方，通过公式计算各个参 考位置点与目标节点的欧几里德距离，选取出所有计算出的欧几里德距离的最小值， 如果最小值小于等于1，说明目标节点就在该参考位置点覆盖范围内，直接釆用该参 考点作为定位结果，否则将满足邻居参考位置点判别公式的参考位置点选入邻居参考 位置点集合，计算各个邻居参考位置点对于目标节点的权重，通过权重和邻居参考位 置点的三维坐标的计算，得出目标节点的三维坐标。在本专利技术中，所述的无线传感器网络由一些已知位置的节点(也称锚节点)和一 些位置未知的节点(也称目标节点)所构成。利用信号图对目标节点定位，还会在传 感网络区域中选择一系列的参考位置点。网络中的目标节点集合为^^{^;,^12,...,^;}，其中，A^为传感器网络中第 一个目标节点，A^为传感器网络中第二个目标节点，ivi;为传感器网络中第p个目标节点，也称为传感器网络中的任意一个目标节点。如图2所示，共有2个目标节点A^和A^。在无线传感器网络中，对于任意一个目标节点W7;，采用如下步骤确定自身位置-.步骤l:利用平均值法建立信号空间模型，计算获得当前网络信号空间矩阵(简称网络信号空间矩阵)和物理位置信息矩阵(简称网络物理位置矩阵)；步骤2:根据信号强度平均值法计算目标节点的接收信号强度向量。步骤3:利用补偿的《值近邻法选取目标节点AT^的近邻参考位置点。步骤4 :利用信号强度加权法计算目标节点的三维坐标《、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于信号强度距离的无线传感器网络信号图定位方法，所述的无线传感器网络由一些已知位置的锚节点和一些位置未知的目标节点所构成；利用信号图对目标节点定位，还会在传感网络区域中选择一系列的参考位置点；其特征在于：无线传感器网络中，对于任意一个目标节点ＮＴ↓［ｐ］，采用如下步骤确定自身位置： 步骤１：利用平均值法建立信号空间模型，计算获得当前网络信号空间矩阵和物理位置信息矩阵； 步骤２：根据信号强度平均值法计算目标节点ＮＴ↓［ｐ］的接收信号强度向量ＲＳＳ↓［ｐ］↑［ＮＴ ］； 步骤３：利用补偿的Ｋ值近邻法选取目标节点ＮＴ↓［ｐ］的近邻参考位置点； 步骤４：利用信号强度加权法计算目标节点ＮＴ↓［ｐ］的三维坐标Ｐｏｓ↓［ｐ］↑［ＮＴ］＝（ｘ↓［ｐ］↑［ＮＴ］，ｙ↓［ｐ］↑［ＮＴ］，ｚ↓［ｐ］↑［ＮＴ ］）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒲菊华，魏巍，芦效峰，乔治，熊璋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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