基于LoRa无线Mesh网络节点定位的实时校正方法与流程

基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法
技术领域
1.本发明涉及物联网的定位技术领域，尤其涉及一种基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法。


背景技术：

2.实现对农业环境因素的监测与控制是提高农作物产量和质量的关键，也是推动现代化农业的主要进程。可运用物联网技术实现对农业环境及时、准确、全面的采集、监测和控制，保证农作物生长环境，促进农业发展，符合农业发展的趋势。这使得对传感器进行定位的需求越来越多，在农业环境监测中，准确定位是前提，因此获得传感器的准确位置信息是物联网技术应用的前提。而在使用传感器进行环境监测时，如果缺少节点的具体位置信息，便可能致使相关监测数据不能正确发挥作用。
3.目前新兴的lpwan技术lora是semtech公司创建的低功耗长距离通信局域网无线标准。lora技术的优点是广覆盖和低功耗，不足是数据传输速率低。因此lora通信更加适合农业信息监测中。
4.目前，我国农业定位系统中主要应用的技术有gps定位技术、rs(remote sensing)遥感技术和gis(geographic information system)地理信息系统等。大量环境数据监测感知节点搭载gps定位系统来提供准确位置信息成本太高，需要研究一种成本低的定位方式。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法，在lora组成mesh网络的前提下，提出一种通过测量信号强度值即rssi值，采用定位算法对节点进行定位的方法，降低成本的同时提高lora网络效率，获得了校正后更加精确的rssi距离模型，从而实现了对mesh网络节点定位的实时校正。
6.为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：该基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法，包括以下步骤：
7.s1：通过lora网关实时监控rssi值波动，并补偿盲节点测得信号强度rssi值；
8.s2：通过曲线拟合获得相应的平均rssi距离模型；
9.s3：以固定的时间间隔经过的平均时间来获得平均信号强度；
10.s4：通过网络将节点信号强度rssi值实时上载到服务器；
11.s5：消除lora发射功率波动引起的误差，从而得到校正后的rssi距离模型。
12.采用上述技术方案，在lora组成mesh网络的前提下，提出一种通过测量信号强度值即rssi值，采用定位算法对节点进行定位的方法，降低成本的同时提高lora网络效率；该基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法使用实时监测的rssi值通过补偿盲点和获取平均距离，从而进行实时校正，获得了校正后更加精确的rssi距离模型，从而实现了对mesh网络节点定位的实时校正。该方法可以消除lora发射功率波动引起的误差，得到更准确的rssi距离模型，这对于精确的大区域定位至关重要。
13.作为本发明的优选技术方案，所述步骤s1的具体步骤为：
14.s11：为了减少rssi值波动引起的定位误差，设定一个节点为lora网关m；
15.s12：通过lora网关m实时监控信号强度rssi值波动，并补偿盲节点测得信号强度rssi值。
16.作为本发明的优选技术方案，所述步骤s2的具体步骤为：在离线阶段，假设网关m、移动终端的盲节点n和lora锚点节点b之间的传输环境相同，即损耗参数n相同，根据平均rssi值记录在不同的距离处，通过曲线拟合获得相应的平均信号强度rssi距离模型；如公式(1)所示；
[0017][0018]
其中，n为损耗参数，为b
l
距在1m处的平均rssi值。
[0019]
作为本发明的优选技术方案，所述步骤s3中的获得平均信号强度，具体包括在线阶段服务器记录r
ml
，并以固定的时间间隔花费平均时间予以获得平均信号强度如公式(2)所示；
[0020][0021]
其中，d
l
为网关m与lora节点b
l
之间的距离，l＝1、2、3、4；n为损耗参数。
[0022]
作为本发明的优选技术方案，所述步骤s4中实时上载到服务器具体步骤为：
[0023]
s41：假设网关m与lora节点b
l
之间的距离为d
l
，其中l＝1、2、3、4；
[0024]
s42：网关m收集周围距离为d
l
的lora节点的rssi值和r
ml
，并通过有线或无线internet接口将lora节点的rssi值实时上载到服务器，实时rssi距离模型为公式(3)所示，a
l
是与b
l
之间距离1m的rssi值；
[0025]rm
＝-10lg(d
l
)+a
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0026]
其中，n为损耗参数，d
l
为网关m与lora节点b
l
之间的距离(l＝1、2、3、4)，a
l
为与b
l
之间距离1m的rssi值。
[0027]
作为本发明的优选技术方案，所述步骤s5中消除lora发射功率波动引起的误差具体步骤为：
[0028]
s51：对于要定位的盲节点n，节点b
l
的平均信号强度表示如公式(4)所示，节点b
l
的实时信号强度表示如公式(5)所示；
[0029][0030]rnl
＝-10lg(d
nl
)+a
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；
[0031]
其中，n为损耗参数，d
nl
为网关m与lora节点n
l
之间的距离(l＝1、2、3、4)，a
l
为与b
l
之间距离1m的rssi值；
[0032]
s52：使用公式(2)和公式(3)得到公式(6)，公式(6)中δa
l
表示rssi值校正偏移；
[0033][0034]
s53：结合公式(4)和公式(5)得到公式(7)，同时获得校正后rssi值的如公式
(8)所示；
[0035][0036][0037][0038]
与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果是：该基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法在lora组成mesh网络的前提下，提出一种通过测量信号强度值即rssi值，采用定位算法对节点进行定位的方法，降低成本的同时提高lora网络效率；该基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法使用实时监测的rssi值通过补偿盲点和获取平均距离，从而进行实时校正，获得了校正后更加精确的rssi距离模型，从而实现了对mesh网络节点定位的实时校正。
附图说明
[0039]
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：
[0040]
图1为本发明的基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法的流程图；
[0041]
图2为本发明的基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法中的rssi定位模型图。
具体实施方式
[0042]
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
实施例：如图1所示，该基于lora无线mesh网络节点定位的实时校正方法，包括以下步骤：
[0044]
s1：通过lora网关实时监控rssi值波动，并补偿盲节点测得信号强度rssi值；所述步骤s1的具体步骤为：
[0045]
s11：为了减少rssi值波动引起的定位误差，设定一个节点为lora网关m；
[0046]
s12：通过lora网关m实时监控信号强度rssi值波动，并补偿盲节点测得信号强度rssi值；其中rssi定位模型如图2所示，其中b1，b2，b3和b4是lora锚点节点，m是lora网关，而n是移动终端的盲节点；
[0047]
s2：通过曲线拟合获得相应的平均rssi距离模型；
[0048]
所述步骤s2的具体步骤为：在离线阶段，假设网关m、移动终端的盲节点n和lora锚点节点b之间的传输环境相同，即损耗参数n相同，根据平均rssi值记录在不同的距离处，通过曲线拟合获得相应的平均信号强度rssi距离模型；如公式(1)所示；
[0049][0050]
其中，n为损耗参数，为b
l
距在1m处的平均rssi值；
[0051]
s3：以固定的时间间隔经过的平均时间来获得平均信号强度；
[0052]
所述步骤s3中的获得平均信号强度，具体包括在线阶段服务器记录r
ml
，并以固定的时间间隔花费平均时间予以获得平均信号强度如公式(2)所示；
[0053][0054]
其中，d
l
为网关m与lora节点b
l
之间的距离(l＝1、2、3、4)，n为损耗参数；
[0055]
s4：通过网络将节点信号强度rssi值实时上载到服务器；
[0056]
所述步骤s4中实时上载到服务器具体步骤为：
[0057]
s41：假设网关m与lora节点b
l
之间的距离为d
l
，其中l＝1、2、3、4；
[0058]
s42：网关m收集周围lora节点的rssi值，并通过有线或无线internet接口将lora节点的rssi值实时上载到服务器；实时rssi距离模型为公式(3)所示，a
l
是与b
l
之间距离1m的rssi值；
[0059]rm
＝-10lg(d
l
)+a
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0060]
其中，n为损耗参数，d
l
为网关m与lora节点b
l
间的距离(l＝1、2、3、4)，a
l
为与b
l
之间距离1m的rssi值；
[0061]
s5：消除lora发射功率波动引起的误差，从而得到校正后的rssi距离模型；所述步骤s5中消除lora发射功率波动引起的误差具体步骤为：
[0062]
s51：对于要定位的盲节点n，节点b
l
的平均信号强度表示如公式(4)所示，节点b
l
的实时信号强度表示如公式(5)所示；
[0063][0064]rnl
＝-10lg(d
nl
)+a
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；
[0065]
其中，n为损耗参数，d
nl
为网关m与lora节点n
l
之间的距离(l＝1、2、3、4)，a
l
为与b
l
之间距离1m的rssi值；
[0066]
s52：使用公式(2)和公式(3)得到公式(6)，公式(6)中δa
l
表示rssi值校正偏移；
[0067][0068]
s53：结合公式(4)和公式(5)得到公式(7)，同时获得校正后rssi值的如公式(8)所示；
[0069][0070][0071][0072]
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。