基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，包括以下步骤：(1)由汇聚节点发送指令启动系统。(2)传感器节点在收到指令后，依次轮流发送数据包。最后一个节点发送完数据后，所有节点切换到下一个信道重复上述的数据发送与收集过程。(3)汇聚节点时刻监听无线信号传输，将数据实时发送到计算机。(4)计算机将无人状态下收集的数据存储，作为比对样本，系统开始监控指定区域。(5)计算机持续收到链路在不同信道上的能量强度数据，对一个时间窗口内的数据，按照信号多径传播公式推测出目标可能影响的传播路径。(6)计算机综合考虑多条链路的推测结果，计算出人的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线网络
，涉及无线传感器网络的无源定位方法，属于一种利用目标影响无线信号传输从而确定目标位置的定位方法，具体涉及一种基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法。
技术介绍
利用无线传感器网络对目标进行定位的方法有两类，一类需要目标携带特殊无线设备，如无线传感器、射频识别标签(RFID)，称为有源定位方法，另一类不需要目标携带任何特殊设备，称为无源定位方法。无源定位的目标是人，基本原理是人影响无线信号的传播，通过实时监测无线传感器网络的多个无线链路的接收信号能量强度，可推测出人的位置。目前无源定位方法的无线链路均使用同一个信道，收集信息较少，当环境中该信道上的噪音较大时定位精度低。克服单信道无源定位方法的缺点的一种方法是同时使用多个信道的信息。其难点在于如何保证切换信道的同步以及如何甄别噪音较高的信道。无线噪音或者人的出现均会造成传感器网络信号能量强度的改变，但二者较难区分，导致系统对目标位置的判断失误。当对信道不加以区分地使用时，多信道无源定位方法的定位精度甚至弱于单信道无源定位方法。目前，未见有处理多信道噪音问题的无源定位方法。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种能够自动识别、过滤高噪音信道的基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，该方法在定位时自动选择噪音相对较低的无线信道的测量数据，提高了无源定位的精度与实用性。该方法可用于布置了无线传感器网络的室内环境下对不携带任何特殊设备的人的定位，其中无线传感器节点可替换为能够自由选择信道传输信号的其他设备，如笔记本电脑、智能手机等。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，包括以下步骤：(1)数据收集：无人状态下，由汇聚节点发送指令启动系统；传感器节点在收到指令后依次轮流发送数据包，不发送数据包的传感器节点接收所述数据包并记录信道RSS读数；最后一个节点发送完数据后，所有节点切换到下一个信道重复上述的数据发
送与收集过程；(2)在线监测：汇聚节点时刻监听无线信号传输，将数据实时发送到计算机；计算机将无人状态下收集的数据存储，作为比对样本，系统开始监控指定区域；(3)路径推测：计算机持续收到链路在不同信道上的能量强度数据RSS，对一个时间窗口内的数据，按照信号多径传播公式推测出目标会影响的传播路径，并进行去噪处理；(4)目标定位：计算机综合考虑多条链路的推测结果，根据各个路径的长度以及衰减参数信息计算出人的位置。进一步的，所述步骤(1)数据收集的具体方法，包括以下步骤：(1.1)布置传感器节点；(1.2)传感器节点收集背景数据，具体方法为(1.2.1)传感器节点初始化倒计时器：当倒计时器的值为0时节点无条件切换到下一个信道，所述倒计时器的初始值等于1.1T，其中T为所有节点都发送一次报文的时间；(1.2.2)具有最低编号的节点即节点0在初始化倒计时器后，广播一个数据报文，所述无线数据报文包含两个字段，NodeID字段记录发送者编号，RSS字段记录已观测到的N个信号强度，其中N等于节点个数；；所述发送者编号是在将操作系统安装到发送传感器节点时为其设置的节点编号，所述RSS向量为以NodeID字段为接收节点的所有无线链路的接收信号强度RSS值；(1.2.3)任何节点在接收到所述广播数据报文后，记录报文的信号强度值于本地缓冲区RSS[i]中，其中i等于接收报文中的NodeID字段的值；(1.2.4)汇聚节点监听无线信道中的所有数据传输，并将收到的数据包通过USB传输给计算机；(1.3)计算机收集数据，并存储到本地作为背景数据。进一步的，所述步骤(1)中，所述传感器节点为无线传感器节点，具体为TelosB节点，在2.4G频段有16个信道分，别为第11号到第26号信道，节点启动时均运行在11号信道上，信道的切换顺序为从11-26依次循环往复；所述传感器节点布置在监测区域四周，每个节点均可以接收到其他节点的无线信号。进一步的，所述步骤(1.2.3)中，根据接收到的报文的不同，传感器节点做出不同反应，具体如下：a)若收到报文中的NodeID比当前节点ID小1，则当前节点组织一个无线数据报文并进行广播；若当前节点的NodeID为所有节点的ID最大者，即编号为N-1，则节点在广播后切换到下一个信道；b)若收到的报文中的NodeID为最大的节点编号，则节点切换到下一个信道；c)所有节点一旦切换到新的信道，则重新执行步骤(1.2.1)到(1.2.3)，在(1.2.1)中重设倒计时器。进一步的，所述步骤(1.3)中收集的数据是否足够的判断标准是：每条链路在每个信道上至少有1条记录。进一步的，所述步骤(3)中，所述能量强度数据RSS的表述如下：在信道k上测得的背景RSS测量数据Rk由如下公式表示： 10 log { [ 1 d 0 - x 1 cos 2 π ( d 1 - d 0 ) λ k 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)数据收集：无人状态下，由汇聚节点发送指令启动系统；传感器节点在收到指令后依次轮流发送数据包，不发送数据包的传感器节点接收所述数据包并记录信道RSS读数；最后一个节点发送完数据后，所有节点切换到下一个信道重复上述的数据发送与收集过程；(2)在线监测：汇聚节点时刻监听无线信号传输，将数据实时发送到计算机；计算机将无人状态下收集的数据存储，作为比对样本，系统开始监控指定区域；(3)路径推测：计算机持续收到链路在不同信道上的能量强度数据RSS，对一个时间窗口内的数据，按照信号多径传播公式推测出目标会影响的传播路径，并进行去噪处理；(4)目标定位：计算机综合考虑多条链路的推测结果，根据各个路径的长度以及衰减参数信息计算出人的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)数据收集：无人状态下，由汇聚节点发送指令启动系统；传感器节点在收到指令后依次轮流发送数据包，不发送数据包的传感器节点接收所述数据包并记录信道RSS读数；最后一个节点发送完数据后，所有节点切换到下一个信道重复上述的数据发送与收集过程；(2)在线监测：汇聚节点时刻监听无线信号传输，将数据实时发送到计算机；计算机将无人状态下收集的数据存储，作为比对样本，系统开始监控指定区域；(3)路径推测：计算机持续收到链路在不同信道上的能量强度数据RSS，对一个时间窗口内的数据，按照信号多径传播公式推测出目标会影响的传播路径，并进行去噪处理；(4)目标定位：计算机综合考虑多条链路的推测结果，根据各个路径的长度以及衰减参数信息计算出人的位置。2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，其特征在于：所述步骤(1)数据收集的具体方法，包括以下步骤：(1.1)布置传感器节点；(1.2)传感器节点收集背景数据，具体方法为(1.2.1)传感器节点初始化倒计时器：当倒计时器的值为0时节点无条件切换到下一个信道，所述倒计时器的初始值等于1.1T，其中T为所有节点都发送一次报文的时间；(1.2.2)具有最低编号的节点即节点0在初始化倒计时器后，广播一个数据报文，所述无线数据报文包含两个字段，NodeID字段记录发送者编号，RSS字段记录已观测到的N个信号强度，其中N等于节点个数；所述发送者编号是在将操作系统安装到发送传感器节点时为其设置的节点编号，所述RSS字段为以NodeID字段为接收节点的所有无线链路的接收信号强度值；(1.2.3)任何节点在接收到所述广播数据报文后，记录报文的信号强度值于本地缓冲区RSS[i]中，其中i等于接收报文中的NodeID字段的值；(1.2.4)汇聚节点监听无线信道中的所有数据传输，并将收到的数据包通过USB传输给计算机；(1.3)计算机收集数据，并存储到本地作为背景数据。3.根据权利要求1或2所述的基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述传感器节点为无线传感器节点，具体为TelosB节点，在2.4G频段有16个信道，分别为第11号到第26号信道，节点启动时均运行在11号信道上，信道的切换顺序为从11-26依次循环往复；所述传感器节点布置在监测区域四周，每个节点均可以接收到其他节点的无线信号。4.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，其特征在于：所述步骤(1.2.3)中，根据接收到的报文的不同，传感器节点做出不同反应，具体如下：a)若收到报文中的NodeID比当前节点ID小1，则当前节点组织一个无线数据报文并进行广播；若当前节点的NodeID为所有节点的ID最大者，即编号为N-1，则节点在广播后切换到下一个信道；b)若收到的报文中的NodeID为最大的节点编号，则节点切换到下一个信道；c)所有节点一旦切换到新的信道，则重新执行步骤(1.2.1)到(1.2.3)，在(1.2.1)中重设倒计时器。5.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，其特征在于：所述步骤(1.3)中收集的数据是否足够的判断标准是：每条链路在每个信道上至少有1条记录。6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络多信道能量测量的无源定位方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述能量强度数据RSS的表述如下：在信道k上测得的背景RSS测量数据Rk由如下公式表示： 10 log { [ 1 d 0 - x 1 cos 2 π ( d 1 - d 0 ) λ k d 1 - x 2 cos 2 π ( d 2 - d 0 ) λ k d 2 - ... - x l - 1 cos 2 π ( d ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小军，吴盼，陈兵，
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