一种不规则空间定位实现方法与流程

本发明涉及空间定位，具体是一种不规则空间定位实现方法。

背景技术：

1、无线传感网络技术是已有网络技术的自然延伸，使人与物理世界的距离大为缩短，可以随时随地收集物理世界的信息，并施以适当的控制。同时，无线传感网络的产生和发展对于推动普适计算具有极其重要的意义。经过近些年的发展，无线传感器网络技术及应用已经开始逐渐增加，并在特定领域中发挥了重要作用。无线传感网络的“感知”特点是将来的通用服务普适化的重要基础。同时无线传感网络技术可以跟互联网技术很好地集成，产生新型融合型服务，大大扩展现有业务的空间，也使得将来的城市管理和服务的运行更加准确和智慧。

2、经检索，公告号为cn102364983b的专利文件，一种无线传感网中基于rssi测距的wls节点自定位方法，在定位过程中首先对信道衰落因子n通过加权计算获得；然后利用rssi测距测得未知节点与信标节点的距离；最后通过加权最小二乘估计算法(wls)估计得到未知节点的坐标。该定位算法在硬件复杂度与最小二乘(ls)估计算法相同的基础上，定位精度与之有较大提升，因此本发明简单、易于实现，有较强的实用价值。公告号为cn105228103b的专利文件，基于蓝牙信号的rssi测距定位方法通过对接收到的rssi值进行gaussian滤波处理以及savitzky-golay滤波处理，可以消除rssi值存在着严重抖动的问题，获得平滑连续的rssi值，然后将平滑连续的rssi值带入的本发明提供的距离估算公式中便可以计算得到信号接收端与信号发射端之间的距离。公告号为cn102981164a的专利文件，一种支持有限不规则空间定位的方法，本方法通过配置感应接受对象和被定位对象两个单元，对规则或不十分规则的空间中确定特定物体进行定位。公告号为cn114025311a的专利文件，一种基于空间投影的rssi测距定位方法，通过定位模型计算待测节点与锚节点间的距离，并在这一基础上引进空间投影技术计算待测节点与锚节点间角度信息，再采用基于距离的几种定位算法来得出待测节点的坐标，进一步实现高精度定位。

3、室内定位技术是无线传感网络技术研究的重点和热点技术之一，在室内空间定位技术中，如何通过简单的方式进行耗能低，保证定位准确率高的定位方法，是目前亟需解决的问题，基于此，我们提出一种不规则空间定位实现方法来解决现有技术的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种不规则空间定位实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种不规则空间定位实现方法，包括监测传感器网络和定位算法，其方法步骤如下：

4、s1：通过布局监测传感器网络，进行监测和追踪；

5、s2：基于定位算法，实现节点的自定位；

6、s3：基于实用性的角度对定位算法的可扩展性和定位容错性进行评估。

7、作为本发明进一步的方案：所述s1中，通过在独立的房间里均匀地安置支柱，每个支柱从房间的底层到顶端均匀安置节点，支柱的顶端安置有无线节点，房间内部安置有有线节点，单个支柱上的节点通过总线结构相连，安置在支柱顶端的无线节点和房间的主控节点就构成了房间管理的无线传感器网络，支柱的位置预先规划好。

8、作为本发明再进一步的方案：所述定位算法是基于rssi测距原理，通过设定监控区域的节点分布为均匀的n×n阶网格，进而通过归纳法分析定位算法的实现原理。

9、作为本发明再进一步的方案：所述s3中，对定位算法的可扩展性进行评估分析时，因为在实际应用环境中的监测区域大多数不是标准的正方形区域，而是任意形状的区域，若需要对监测的区域进行扩展，增加网络节点，扩大监测区域，则需要对定位算法的可扩展性进行评估分析，基于正方形方框4×4节点矩阵进行定位，正方形方框4×4节点矩阵是已定位节点，通过利用已知节点给周围的未知节点进行定位，定位计算过程中可能会出现如下情形：已知节点a发送01定位信息，这时标号为g、h和i的未知节点都会收到01定位信息，回复接收的定位信息对应的rssi值，如图5所示，可以看出未知节点g和i与已知节点的距离是相等的，这样已知节点a无法分辨未知节点g和i，为了将节点g和i区分开来，通过借助已知节点b将未知节点g和i区分开来，位置已知节点a在发送01定位信息后，接收到两个接近rssi值，仍然将rssi值比较情况发送出去，未知节点h在接收到rssi值最强的信息，利用存储的位置数据库信息将自身定位，节点h成为已知节点，节点a向其邻近的节点b发送辅助定位信息，节点b先将未知节点i，j定位，节点a在侦听到节点b的定位过程完成以后，再次将未知节点g定位，这样，任意区域节点的定位会碰到两个未知节点与已知节点距离完全相同的情况，通过借助附近的位置已知节点来辅助，即可以实现未知节点的最终定位，区域扩展实现中，其中，不规则线条包围的区域是原来的监测区域，区域里面的方块为位置已知节点，区域外的节点为位置未知节点，其所在的区域为扩展区域，每个未知节点存储了扩展区域内未知节点的数据库，考虑通过与扩展区域邻近的已知节点给未知节点定位，区域扩展的具体实现步骤如下：扩展区域内的位置未知节点初始化为侦听状态，只有与原监测区域邻近的未知节点才会侦听到位置已知节点的数据信息，侦听到数据信息的未知节点运用csma/ca机制获取信道，向位置已知节点发送定位请求信息，原区域的已知节点接收到定位请求信息后，辅助扩展区域的未知节点定位。

10、作为本发明再进一步的方案：进行定位算法容错性评估分析时，通过比较未知节点的rssi值则不能把节点区分开，在遇到极端情况时，设定已知节点为a，设定位置未知节点为b和c，a为位置已知，节点b和c为位置未知，利用已知节点a给位置未知节点b和c定位，设定节点安置的最大容错半径为a，节点可能放置在圆形区域内的任何地方，其中节点间距为r，以节点安置最极端的情况为例，当节点a、b和c都安置在最大容错半径的边缘时，a的坐标为(a，r)，b的坐标为(-a，0)，c的坐标为(r-a，0)，则节点b和c的中轴线坐标计算方式如公式1所示：

11、xmid＝(xb+xc)/2＝(-a+r-a)/2  公式1

12、由于节点a的横坐标为a，如果要避免未知节点b，c和节点a距离相等的情形，则未知节点b和c中轴线的横坐标应大于节点a的横坐标，如公式2所示：

13、xmid＞xa  公式2

14、将公式1带入公式2中，可以得到公式3：

15、(-a+r-a)/2＞a  公式3

16、进而求解公式3，可得出节点安置的最大容错半径a的取值范围：

17、a＜r/4  公式4

18、因此，为避免两个未知节点和已知节点距离相等的情况，节点安置的最大容错偏差小于节点间距的1/4；上述节点安置的最大容错结论是在rssi测距精度理想的情况下推导的，验证节点在最大发射功率条件下，15m以内测距的精度为2m，以rssi测距精度为2m计算，节点安置间距在15m以内，则公式2改写为公式5：

19、xmid-xa＞2  公式5

20、则计算出容错半径a的取值范围如公式6所示：

21、a＜(r-4)/4  公式6

22、公式6推导出节点部署时的最大容错半径，比理想测距精度下的容错半径小，并且为了避免定位发生偏差，节点安装时不能超过容错半径。

23、作为本发明再进一步的方案：通过采用cc1020和cc2420无线收发芯片，进行测试发射功率和消耗电流关系曲线，当节点的发射功率设置较高时，消耗的电流明显增加，进一步验证cc1020和cc2420发射功率与消耗电流之间的关系。

24、作为本发明再进一步的方案：所述定位算法是基于rssi测距原理无线节点确定自身位置信息，实时监测房间内部各点的信号信息。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、本发明中，通过在独立的房间里均匀安置支柱，每个支柱从房间的底层到顶端均匀安置节点，支柱的顶端安置的是无线节点，安置在房间内部的节点是有线节点，单个支柱上节点通过总线结构相连，无线节点负责将单个支柱上其他节点采集的粮情参数传输到整个房间的主控节点，再由主控节点传送到监控计算机，安置在支柱顶端的无线节点和房间的主控节点构成了房间管理的无线传感器网络，基于rssi测距原理无线节点确定自身位置信息，实时监测房间内部各点的信号信息，通过以传感器网络为基础，可以实现大规模的监测和追踪功能，进而针对网格拓扑中的节点位置数据库已知的条件，设定节点自定位算法，基于实用性的角度对定位算法的可扩展性和定位容错性进行评估，并根据本定位算法确定在室内可实现格点矩阵内各个节点的准确定位，基于rssi测距原理无线节点确定自身位置信息，实时监测房间内部各点的信号信息，最终实现不规则空间的定位，并且在满足网络系统性能的前提下，通过整体较低的功率来发射信号，采用低功率无线收发芯片，在提高了定位准确率的同时，也降低了定位过程中所消耗的能量，整体实现成本低，实现过程简单，耗费能量低，可以为不规则空间的节点定位提供新的方案。