一种基于RSSI改进的APIT定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于RSSI改进的APIT定位方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对WSN进行初始化网络配置；（2）待定位未知节点收集邻居锚节点信息；（3）邻居待定位未知节点交换各自记录的锚节点信息；（4）第一轮定位：APIT定位，得到待定位未知节点的估测位置；（5）第二轮定位：以第一轮定位的估测位置为基础，得到待定位未知节点的最终位置坐标。本发明专利技术经过改进的APIT定位方法具有定位精度高、网络使用寿命长和节点功耗低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络中节点定位的
，特别涉及一种基于RSSI(Received Signal Strength Indicator,接收信号的强度指不)改进的 APIT(ApproximatePoint-in-Triangulation Test,近似三角形内点测试)定位方法。
技术介绍
WSN (Wireless Sensor Network,无线传感器网络)作为一种新型的网络技术,能够在复杂恶劣的环境中对感知对象进行监测，并实时将监测信息传送给观察者，众多研究机构都将无线传感器网络技术作为21世纪重点发展的技术之一，可见其对人类生活的重要程度。随着无线传感器网络的发展，人们也在积极推动无线传感器网络的实用化进程以便为人类生活提供更多便利。无线传感器网络的所有应用性研究都是基于无线传感器节点位置信息是已知的，无线传感器节点采集的数据信息只有与节点的位置信息相结合才是有价值的。例如，火灾报警必须获取准确的火灾发生地点，环境监测必须确定节点收集信息所对应的区域位置，战场监控必须提供敌方入侵的具体位置等，这些应用要求WSN必须提供精确的节点位置。由于无线传感器节点部署的随机性以及节点本身的局限性，技术成熟的GPS定位系统并不适合WSN，面对无线传感器网络的众多应用，研究一种高精度、高覆盖率、低功耗并适合WSN的定位系统或方法是推动无线传感器网络实用化进程的重要动力。目前已经出现许多无线传感器网络定位算法，根据它们对位置估测机制的不同可分为两大类基于距离的定位算法(Range-Based Localization Schemes)和不基于距离的定位算法(Range-Free Localization Schemes)。前者需要测量相邻节点间的绝对距离和方位，并利用节点间的实际距离来计算未知节点的位置，后者不需要知道未知节点与锚节点之间的距离或角度信息，而是根据网络连通性等信息估算出未知节点与锚节点间的距离，上述的锚节点为位置已知的节点。基于距离的定位算法的定位精度高，但是硬件装置复杂，节点功耗较大；不基于距离的定位算法硬件装置简单，容易实现，但是定位精度相对较低。APIT定位算法是不基于距离的定位算法中应用较多的算法之一，具有硬件要求低，算法简单，容易实现等优点。但是由于APIT定位算法是将重叠区域的质心作为未知节点的位置，求出的位置坐标本身就是一个估计值，和实际位置相比，还有一定的误差，定位精度相对较低，不适合在无线传感器节点位置精确度要求较高的环境中使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于RSSI改进的APIT定位方法，该改进的APIT定位方法中引入了成熟的RSSI技术，有效地提高了 APIT定位方法的精确度，并且具有良好的可扩展性。本专利技术的目的通过下述技术方案实现一种基于RSSI改进的APIT定位方法，包括以下步骤( I)对WSN进行初始化网络配置；(2)待定位未知节点收集邻居锚节点信息，所述锚节点信息包括锚节点的ID标识号、位置坐标和信号强度；(3)邻居待定位未知节点交换各自记录的锚节点信息；(4)第一轮定位APIT定位，得到待定位未知节点的估测位置；(5)第二轮定位以第一轮定位的估测位置为基础，得到待定位未知节点的最终位置坐标；定位步骤如下(5-1)待定位未知节点向以步骤(4)中的估测位置为圆心，以探测距离R为半径的圆形区域内发射探测信号，探测圆形区域内是否有锚节点的存在，其中探测距离R取最小 探测距离Rmin ；如果至少存在一个锚节点，则进入步骤(5-4)；如果不存在锚节点，则进入步骤(5-2)；(5-2)探测距离R在Rmin的基础上增大A R，再探测以增大后的探测距离R为半径的圆形区域内是否有锚节点存在，如果至少存在一个锚节点，则进入步骤(5-4)；如果不存在锚节点，探测距离R继续每次增大A R，当探测距离R增大到最大探测距离R_时，若以增大后的探测距离R为半径的圆形区域内还没探测到有锚节点的存在，则进入步骤(5-3)；(5-3)估测位置作为待定位未知节点的最终位置，进入步骤(5-6)；(5-4)圆形区域内的锚节点向周围广播其锚节点信息；待定位未知节点记录各锚节点广播的锚节点信息，并与锚节点进行二次通信；(5-5)待定位未知节点根据其记录的圆形区域内的锚节点信息计算出圆形区域内的各个锚节点的信号强度的损耗、所有锚节点的信号强度损耗以及锚节点的信号损耗系数，其中锚节点的信号损耗系数等于各个锚节点的信号强度的损耗除以所有锚节点的信号强度损耗，然后结合圆形区域内各个锚节点位置坐标，求出待定位未知节点的最终位置坐标，其中待定位未知节点的横纵坐标为圆形区域内各个锚节点横坐标与其信号损耗系数的加权和，待定位未知节点的纵坐标为圆形区域内各个锚节点纵坐标与其信号损耗系数的加权和；(5-6)求得待定位未知节点的最终位置，定位结束。优选的，所述初始化网络配置包括在网络中部署具有不同的ID标识号的节点，所述节点包括待定位未知节点和位置已知的锚节点，所述位置已知的锚节点具有相同的能量初始值。优选的，所述步骤(4)中的APIT定位包括以下步骤(4-1)对待定位未知节点进行相似三角形内点测试，穷尽所有由通信半径内的锚节点围成的三角形可能，判断待定位未知节点是否位于不同的三角形内；(4-2)如果待定位未知节点没有被任何一个三角形包围，则将该待定位未知节点标记为未确定节点，结束定位；如果待定位未知节点被至少一个三角形包围，则进入第(4-3)步；(4-3)利用格子扫描算法对包含待定位未知节点的不同三角形进行扫描，求出它们的重合区域，即包含待定位未知节点的目标区域；(4-4)求得目标区域的中心位置，将其作为待定位未知节点的估测位置。优选的，所述最大探测距离Rmax为节点通信半径R'的0. 5倍；所述最小探测距离Rmin为节点通信半径R'的0. I倍；所述A R为节点通信半径R'的0. 05倍。优选的，所述待定位未知节点发射的探测信号包含待定位未知节点的自身ID标识号。优选的，所述锚节点接收到不同待定位未知节点发射的探测信号后，根据不同待定位未知节点的自身ID标识号区分不同的待定位未知节点，然后向各个待定位未知节点发送包含该待定位未知节点自身ID标识号的锚节点信息。 优选的，所述待定位未知节点如果接收到锚节点发送的包含该待定位未知节点自身ID标识号的锚节点信息，则表示圆形区域内存在锚节点，否则就表示圆形区域内不存在锚节点。优选的，所述步骤(5-5)的待定位未知节点最终的位置坐标计算步骤如下(5-5-1)待定位未知节点在圆形区域内检测到共有n个锚节点，其中这n个锚节点自身ID标识号分别为M2、Mn，n = 1,2,3......;位置坐标分别为(X1, Yl)、(x2, y2)、(x3, y3)、…(xn，yn)，n = 1，2，3……；锚节点Mi在信号传输过程中信号强度的损耗Psi为PSi=PTi_PRi，i = I, 2, 3......n ；其中PTi为锚节点Mi的发射信号强度，PKi为待定位未知节点接收到锚节点Mi的信号强度；(5-5-2)依据(5-5-1)的公式可以算出所有锚节点的信号强度损耗Ps为PS=PS1+PS2+PS3+…+Psn, n=l, 2，3....本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RSSI改进的APIT定位方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)对WSN进行初始化网络配置； (2)待定位未知节点收集邻居锚节点信息，所述锚节点信息包括锚节点的ID标识号、位置坐标和信号强度； (3)邻居待定位未知节点交换各自记录的锚节点信息； (4)第一轮定位APIT定位，得到待定位未知节点的估测位置； (5)第二轮定位以第一轮定位的估测位置为基础，得到待定位未知节点的最终位置坐标；定位步骤如下 (5-1)待定位未知节点向以步骤(4)中的估测位置为圆心，以探测距离R为半径的圆形区域内发射探测信号，探测圆形区域内是否有锚节点的存在，其中探测距离R取最小探测距离Rmin ； 如果至少存在一个锚节点，则进入步骤(5-4)； 如果不存在锚节点，则进入步骤(5-2)； (5-2)探测距离R在Rmin的基础上增大A R，再探测以增大后的探测距离R为半径的圆形区域内是否有锚节点存在， 如果至少存在一个锚节点，则进入步骤(5-4)； 如果不存在锚节点，探测距离R继续每次增大A R，当探测距离R增大到最大探测距离Rfflax时，若以增大后的探测距离R为半径的圆形区域内还没探测到有锚节点的存在，则进入步骤(5-3)； (5-3)估测位置作为待定位未知节点的最终位置，进入步骤(5-6)； (5-4)圆形区域内的锚节点向周围广播其锚节点信息；待定位未知节点记录各锚节点广播的锚节点信息，并与锚节点进行二次通信； (5-5)待定位未知节点根据其记录的圆形区域内的锚节点信息计算出圆形区域内的各个锚节点的信号强度的损耗、所有锚节点的信号强度损耗以及锚节点的信号损耗系数，其中锚节点的信号损耗系数等于各个锚节点的信号强度的损耗除以所有锚节点的信号强度损耗，然后结合圆形区域内各个锚节点位置坐标，求出待定位未知节点的最终位置坐标，其中待定位未知节点的横纵坐标为圆形区域内各个锚节点横坐标与其信号损耗系数的加权和，待定位未知节点的纵坐标为圆形区域内各个锚节点纵坐标与其信号损耗系数的加权和； (5-6)求得待定位未知节点的最终位置，定位结束。2.根据权利要求I所述的基于RSSI改进的APIT定位方法，其特征在于，所述初始化网络配置包括在网络中部署具有不同的ID标识号的节点，所述节点包括待定位未知节点和位置已知的锚节点，所述位置已知的锚节点具有相同的能量初始值。3.根据权利要求I所述的基于RSSI改进的APIT定位方法，其特征在于，所述步骤(4)中的APIT定位包括以下步骤 (4-1)对待定位未知节点进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：周继鹏，陈涛，张懿瑶，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：