專利名稱：基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在煤礦井下各處路徑損耗指數(shù)不同的復雜環(huán)境情況下的一種基于 RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法。
背景技術：
近年來，我國煤礦還存在較多安全隱患，礦難時有發(fā)生，事故發(fā)生后，準確的獲取受困人員的位置，監(jiān)測出事故發(fā)生地的環(huán)境情況，對于實施救援十分重要。由于井下環(huán)境復雜，部署線路繁瑣，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡在井下較難完成安全監(jiān)測任務，隨著無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡被應用到煤礦中以實現(xiàn)監(jiān)測井下環(huán)境和獲取井下人員位置，能夠彌補有線設備的一些缺陷，具有廉價、便攜和高可靠性特點，在這些應用中如果不知道無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點位置而去感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。目前，無線傳感器網(wǎng)絡的定位算法有很多種，基于RSSI的定位算法在煤礦井下應用較多，因為RSSI (接收信號強度指示)(received signal strength indicator)測距中的 RSSI值是與距離相關的，它可以通過無線傳感器節(jié)點測量得到，不需要額外的硬件支持。定位方法需要通過一定的無線信號傳播模型來實現(xiàn)，井下線型區(qū)域環(huán)境比較復雜，很容易產(chǎn)生路徑損耗，屏蔽模型將通信模型擴展為一種較合適的統(tǒng)計模型，因而成為本發(fā)明所采用無線信號傳播模型。屏蔽模型來估測接收信號的接收功率如下所示dr (r) = < (rO) -10a !g(—) + ψ
r° (1)其中r表示接收端與發(fā)射端的距離(m)，r(l為參考距離，一般取lm，d 表示接收端的接收信號功率(dBm)，dr(r0)是參考距離點的接收功率(dBm)，Ψ是一個平均值為0 的高斯隨機變量(dBm)，反映了當距離一定時，接收信號功率的變化，其中α為路徑損耗指數(shù)，一般通過實際測量或計算來確定。實際應用中，一般采用上面屏蔽模型的簡化形式，如下所示dr (r) = dr(ro)~l 0a !g(—)
rO(2)pr(r)表示接收端的信號強度平均值(mW)，則有如下的轉換關系dr(r) = 101g(pr(r))(3)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決獲取煤礦井下各處的路徑損耗指數(shù)以及單純的使用RSSI值來反應無線傳感器節(jié)點間環(huán)境相似程度情況下所產(chǎn)生的定位誤差較大的問題，提供了一種基于 RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法。該方法采用待測組和井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署中，對邊相鄰兩組的信息動態(tài)獲取各個位置處的路徑損耗指數(shù)α，以減小非視距測量誤差，獲取準確的測量距離；在此基礎上，移動節(jié)點通過RSSI相似度來選擇所需的信標節(jié)點進行定位。本發(fā)明的特點及有益效果采用井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署，通過待測組和對邊相鄰兩組的信息動態(tài)獲取各個位置處的路徑損耗指數(shù)α，克服了傳統(tǒng)線型無線傳感器網(wǎng)絡下易產(chǎn)生的非視距誤差，獲取了準確的測量距離；該發(fā)明對硬件的要求不高，同時降低了成本，而且定位精度有較大的提高。
圖1井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署方式圖2是圖1中信標節(jié)點組的RSSI值向量數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式圖3 (a)定位算法(移動節(jié)點收發(fā)信號)流程3 (b)定位算法(節(jié)點定位)流程圖
具體實施例方式參看圖1-圖3(a)、圖3(b)，基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α 定位方法，該方法采用井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署，通過待測組和對邊相鄰兩組的信息動態(tài)獲取各個位置處的路徑損耗指數(shù)α，以減小非視距測量誤差，獲取準確的測量距離；在此基礎上，移動節(jié)點通過RSSI相似度來選擇所需的信標節(jié)點進行定位。在所述井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署中，每組根據(jù)實際需求放置相應數(shù)目的信標節(jié)點并按序編號，通過相應的協(xié)議來保證每組中始終有一個信標節(jié)點處于激活狀態(tài)。利用待測α組內(nèi)的活躍信標節(jié)點和對邊相鄰兩個組的活躍信標節(jié)點的RSSI值向量數(shù)據(jù)包來計算每個組內(nèi)活躍信標節(jié)點新的α值。將RSSI相似度，優(yōu)先作為移動節(jié)點選舉所需信標節(jié)點定位的參考標準，同時結合信標節(jié)點的組編號，選擇所需的信標節(jié)點。根據(jù)相似度序列K > 3的前K個非共線信標節(jié)點的信息帶入無線信號傳播模型， 獲得移動節(jié)點到這K個信標節(jié)點的距離，帶入極大似然估計算法公式即可獲得移動節(jié)點坐標。步驟1 動態(tài)獲取路徑損耗指數(shù)α。參看附圖1，井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署方式。將信標節(jié)點按組劃分，每組中根據(jù)實際需求放置相應數(shù)目的信標節(jié)點并按序編號，通過相應的協(xié)議來保證每組中始終有一個信標節(jié)點處于激活狀態(tài)，以避免井下線型無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)生能耗非均衡。線型區(qū)域兩邊的組分別按奇、偶數(shù)序列編號，其中dii^dm+D表示組i(Xi，yi)到組 i-1 (Xi_1; y^)，組i+1 (xi+1,yi+1)的實際距離(實際應用中每組所占的區(qū)域非常小，組間距離可以通過兩點間坐標距離公式算出)。在移動節(jié)點未進入井下線型區(qū)域前，每個組內(nèi)活躍的信標節(jié)點都維護著鄰居組內(nèi)活躍信標節(jié)點的RSSI值向量，組i內(nèi)活躍的信標節(jié)點周期性向全網(wǎng)廣播發(fā)送本組內(nèi)活躍信標節(jié)點所接收到的來自其他組內(nèi)活躍信標節(jié)點的RSSI值向量數(shù)據(jù)包，參看圖2信標節(jié)點組的RSSI值向量數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式；組i中的活躍信標節(jié)點收到其他組中活躍信標節(jié)點的RSSI值向量數(shù)據(jù)包后，會根據(jù)節(jié)點的組ID編號來判斷發(fā)送節(jié)
4點的組是不是組i對邊鄰近的兩個組。下面主要描述組i為奇數(shù)編號的情況，當組i為偶數(shù)編號時可同理算出組內(nèi)各個活躍信標節(jié)點新的α值。
其中i為井下線型區(qū)域中某-RSSI均值為氏+1，I^1，新的α由式(1，
-奇數(shù)編號組，記錄下接收到對邊鄰近兩個組中的 )算出，定位時用新的α代替原α
權利要求
1.基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法，其特征在于采用待測組和井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署中，對邊相鄰兩組的信息動態(tài)獲取各個位置處的路徑損耗指數(shù)α，以減小非視距測量誤差，獲取準確的測量距離；在此基礎上，移動節(jié)點通過RSSI相似度來選擇所需的信標節(jié)點進行定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法，其特征在于在所述井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署中，每組根據(jù)實際需求放置相應數(shù)目的信標節(jié)點并按序編號，通過相應的協(xié)議來保證每組中始終有一個信標節(jié)點處于激活狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法，其特征在于利用待測α組內(nèi)的活躍信標節(jié)點和對邊相鄰兩個組的活躍信標節(jié)點的 RSSI值向量數(shù)據(jù)包來計算每個組內(nèi)活躍信標節(jié)點新的α值。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法，其特征在于將RSSI相似度，優(yōu)先作為移動節(jié)點選舉所需信標節(jié)點定位的參考標準，同時結合信標節(jié)點的組編號，選擇所需的信標節(jié)點。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法，其特征在于根據(jù)相似度序列K > 3的前K個非共線信標節(jié)點的信息帶入無線信號傳播模型，獲得移動節(jié)點到這K個信標節(jié)點的距離，帶入極大似然估計算法公式即可獲得移動節(jié)點坐標。
全文摘要
一種基于RSSI相似度的井下線型無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)α定位方法，是為了解決獲取煤礦井下各處的路徑損耗指數(shù)以及單純的使用RSSI值來反應無線傳感器節(jié)點間環(huán)境相似程度情況下所產(chǎn)生的定位誤差較大的問題而設計的。該方法采用待測組和對邊相鄰兩組的信息動態(tài)獲取各個位置處的路徑損耗指數(shù)α，以減小非視距測量誤差，獲取準確的測量距離，同時通過RSSI相似度來選取距離移動節(jié)點最近的信標節(jié)點來定位的。本發(fā)明的特點及有益效果采用待測組和井下線型無線傳感器網(wǎng)絡信標節(jié)點矩形分組部署中，對邊相鄰兩組的信息動態(tài)獲取各個位置處的路徑損耗指數(shù)α，克服了傳統(tǒng)線型傳感器網(wǎng)絡下易產(chǎn)生的非視距誤差，獲取了準確的測量距離；該發(fā)明對硬件的要求不高，不僅降低了成本，而且定位精度有較大的提高。
文檔編號H04W64/00GK102325373SQ20111027686
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權日2011年9月16日
發(fā)明者田豐, 董瑩 申請人:沈陽航空航天大學