一种基于RSSI-LQI的交互ZigBee节点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于RSSI‑LQI的交互ZigBee节点定位方法，该方法包括以下步骤：(1)测量信号强度并计算锚节点到待测节点的距离；(2)利用Bounding‑Box算法进行第一次定位，并把第一次定位的节点记作估计节点；(3)利用估计节点和两个锚节点对待测节点进行第二次（三边法）定位，通过以上步骤，可以减小误差，提高精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于RSSI-LQI的交互ZigBee节点定位方法，属于无线传感网络领域。
技术介绍
现实生活中，ZigBee的出发点是希望能发展出一种易布建的低成本无线网络，同时能满足低功耗的特点。ZigBee技术弥补了低成本，低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。随着正式ZigBee协议版本的公布，更多的注意力和研发力量将转到应用的设计和实现，特别是定位技术的应用，在未来较长一段时间内，定位实时性、定位误差和定位方法将越来越来被人们广泛关注。许多学者研究了大量的先进理论，但是大多数没有对具体环境进行分析，只是在理论的层面上进行数学理论的推导，ZigBee定位技术的发展还处在摸索阶段，结合各个方法的优缺点可知，在实际应用场合中，要充分考虑各个方面的因素。随着近几年的研究和发展，越来越多的人投入到节点定位技术，将定位技术与计算机控制相结合，大大提升了环境建模技术以及定位算法实时性和易实现性，所以本专利技术具有深远的价值。随着经济技术的迅速发展，人们的追求品质也随之提高，“智能楼宇”和“智能家居”得到了人们的青睐，越来越多的“智能”字样的产品衍生出来，如何使得这些产品进行“对话”，已然成为当今社会的研究热点，其中ZigBee定位技术扮演着举足轻重的作用；企业一味追求经济可能造成重大安全事故，而救援抢险是关键一步，ZigBee定位技术能很好的确定伤员的具体位置，及时救助避免造成人员死亡，所以ZigBee定位技术有着广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于RSSI-LQI的交互ZigBee节点定位方法，该方法应用于ZigBee定位，是利用一种改进的ZigBee定位算法，从而使得符合低功耗、低复杂度和高精度三个重要的定位标准。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种基于RSSI-LQI的交互ZigBe节点定位方法，所述ZigBee节点包括若干位置已知的锚节点以及位置未知的待测节点，其特征在于，该定位方法包括如下步骤：步骤1，待测节点定时向整个ZigBee无线传感器网络发送RSSI和LQI信号；步骤2，每个锚节点接收到RSSI和LQI信号后，分别计算出相应的RSSI和LQI值；步骤3，根据步骤2中得到的RSSI和LQI值，计算每个锚节点与待测节点之间的距离；步骤4，采用Bounding-Box方法，利用锚节点对待测节点进行第一次定位，并将第一次定位得到的定位点作为估计节点；步骤5，根据估计节点处接收到的RSSI值和LQI值，计算估计节点与待测节点之间的距离；步骤6，根据估计节点与待测节点之间的距离以及任意两个锚节点到待测节点的距离，利用三边法进行第二次定位，从而得到待测节点的坐标。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤3中计算每个锚节点与待测节点之间的距离，具体为：首先，在该ZigBee无线传感器网络中两个ZigBee节点I和J，分别测得节点I和J相距10m和15m时节点J接收到节点I发出的RSSI值，并分别记为RSSI10和RSSI15；其次，若RSSI15＜RSSI≤RSSI10，RSSI为锚节点处接收到的RSSI值，则锚节点与待测节点之间的距离d为方程RSSI＝-0.006d3+0.3304d2-5.9004d-42.8151在区间(10,15]内的解；若RSSI＞RSSI10，则锚节点与待测节点之间的距离d为方程LQI＝-0.0312d3+1.6208d2-27.2422d+187.1886在区间[0,10]内的解；若RSSI≤RSSI15，则锚节点与待测节点之间的距离d为方程LQI＝-0.0312d3+1.6208d2-27.2422d+187.1886在区间(15,+∞)内的解。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤4中采用Bounding-Box方法，利用锚节点对待测节点进行第一次定位，具体为：选取离待测节点距离最短的三个锚节点，以锚节点为圆心，锚节点到待测节点之间的距离作为半径画圆，并作各个圆的外切正方形，则三个外切正方形的交集区域的质心即为第一次定位得到的定位点。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤5中计算估计节点与待测节点之间的距离，具体为：首先，在该ZigBee无线传感器网络中两个ZigBee节点I和J，分别测得节点I和J相距10m和15m时节点J接收到节点I发出的RSSI值，并分别记为RSSI10和RSSI15；其次，若RSSI15＜RSSI≤RSSI10，RSSI为估计节点处接收到的RSSI值，则估计节点与待测节点之间的距离d为方程RSSI＝-0.006d3+0.3304d2-5.9004d-42.8151在区间(10,15]内的解；若RSSI＞RSSI10，则估计节点与待测节点之间的距离d为方程LQI＝-0.0312d3+1.6208d2-27.2422d+187.1886在区间[0,10]内的解；若RSSI≤RSSI15，则估计节点与待测节点之间的距离d为方程LQI＝-0.0312d3+1.6208d2-27.2422d+187.1886在区间(15,+∞)内的解。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤6中根据估计节点与待测节点之间的距离以及任意两个锚节点到待测节点的距离，利用三边法进行第二次定位，从而得到待测节点的坐标，具体为：假设任意两个锚节点A和B的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)，估计节点C的坐标为(x3,y3)，待测节点D到A、B和C之间的距离分别为λ1、λ2、λ3，则待测节点的坐标(x,y)通过求解以下方程组得到：(x1-x)2+(y1-y)2＝λ12(x2-x)2+(y2-y)2＝λ22。(x3-x)2+(y3-y)2＝λ32作为本专利技术的进一步优化方案，步骤6中估计节点与选取的两个锚节点不在同一直线上。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术引入了LQI这个环境因数，利用LQI和RSSI两个因数来贴近真实环境，从而得到更加精确的距离。(2)本专利技术在理想模型的基础上提出新的多项式模型，此模型能更好的拟合真实环境，为定位阶段提供保障。(3)本专利技术利用交互二次定位，将误差进一步缩小。(4)本专利技术提高了整个系统的实用性、可靠性和稳定性。附图说明图1是本专利技术的方法流程图。图2是本专利技术的RSSI理想模型和多项式模型拟合图(二次、三次)。图3是本专利技术的LQI理想模型和多项式模型拟合图(二次、三次)。图4是本专利技术的Bounding-Box算法理论图。图5是本专利技术的三边法算法理论图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术提出了一种基于RSSI-LQI的交互ZigBee定位方法，该方法该算法包括以下步骤：(1)测量信号强度并计算锚节点到待测节点的距离；(2)利用Bounding-Box算法进行第一次定位，并把第一次定位的节点记作估计节点；(3)利用估计节点和两个锚节点对待测节点进行第二次(三边法)定位。本专利技术的方法对于室内定位或者是短距离定位更加精确，在长距离定位领域误差较大。如图1所示，本专利技术的具体实施过程包括以下步骤：步骤1：待测节点定时向整个ZigBee无线传感器网络发送RSSI和LQI信号。步骤2：每个锚节点接收到RSSI和LQI信号后，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RSSI‑LQI的交互ZigBee节点定位方法，所述ZigBee节点包括若干位置已知的锚节点以及未知的待测节点，其特征在于，该定位方法包括如下步骤：步骤1，待测节点定时向整个ZigBee无线传感器网络发送RSSI和LQI信号；步骤2，每个锚节点接收到RSSI和LQI信号后，分别计算出相应的RSSI和LQI值；步骤3，根据步骤2中得到的RSSI和LQI值，计算每个锚节点与待测节点之间的距离；步骤4，采用Bounding‑Box方法，利用锚节点对待测节点进行第一次定位，并将第一次定位得到的定位点作为估计节点；步骤5，根据估计节点处接收到的RSSI值和LQI值，计算估计节点与待测节点之间的距离；步骤6，根据估计节点与待测节点之间的距离以及任意两个锚节点到待测节点的距离，利用三边法进行第二次定位，从而得到待测节点的坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于RSSI-LQI的交互ZigBee节点定位方法，所述ZigBee节点包括若干位置已知的锚节点以及未知的待测节点，其特征在于，该定位方法包括如下步骤：步骤1，待测节点定时向整个ZigBee无线传感器网络发送RSSI和LQI信号；步骤2，每个锚节点接收到RSSI和LQI信号后，分别计算出相应的RSSI和LQI值；步骤3，根据步骤2中得到的RSSI和LQI值，计算每个锚节点与待测节点之间的距离；步骤4，采用Bounding-Box方法，利用锚节点对待测节点进行第一次定位，并将第一次定位得到的定位点作为估计节点；步骤5，根据估计节点处接收到的RSSI值和LQI值，计算估计节点与待测节点之间的距离；步骤6，根据估计节点与待测节点之间的距离以及任意两个锚节点到待测节点的距离，利用三边法进行第二次定位，从而得到待测节点的坐标。2.根据权利要求1所述的一种基于RSSI-LQI的交互ZigBee节点定位方法，其特征在于，步骤3中计算每个锚节点与待测节点之间的距离，具体为：首先，在该ZigBee无线传感器网络中两个ZigBee节点I和J，分别测得节点I和J相距10m和15m时节点J接收到节点I发出的RSSI值，并分别记为RSSI10和RSSI15；其次，若RSSI15＜RSSI≤RSSI10，RSSI为锚节点处接收到的RSSI值，则锚节点与待测节点之间的距离d为方程RSSI＝-0.006d3+0.3304d2-5.9004d-42.8151在区间(10,15]内的解；若RSSI＞RSSI10，则锚节点与待测节点之间的距离d为方程LQI＝-0.0312d3+1.6208d2-27.2422d+187.1886在区间[0,10]内的解；若RSSI≤RSSI15，则锚节点与待测节点之间的距离d为方程LQI＝-0.0312d3+1.6208d2-27.2422d+187.1886在区间(15,+∞)内的解。3.根据权利要求1所述的一种基于RSSI-LQI的交互ZigBee节点定位方法，其特征在于，步骤4中采用Bounding-Box方法，利用锚节点对待测节点进行第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁洁，董春荣，林金星，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32