一種基于RSSI的抑制異常值的WSN節點定位方法技術

本發明專利技術公開了一種基于RSSI的抑制異常值的WSN節點定位方法，屬于無線通信技術領域。本發明專利技術利用條件數改進最小二乘法抑制異常值的基于RSSI的WSN節點定位方法，首先利用RSSI獲得未知節點與其鄰居錨節點的距離；再由最小二乘法表示出估計矢量及其法矩陣；然后根據法矩陣的條件數判斷估計矢量是否會出現異常值；若否，則可直接計算出估計矢量；若是，則通過增加或減少鄰居錨節點的位置信息以降低估計矢量的法矩陣條件數,以抑制異常值出現。因而，針對用傳統最小二乘法進行運算時存在的性能不穩定的缺陷，本發明專利技術具有定位精度高，定位性能穩定的特點。

【技術實現步驟摘要】
一種基于RSSI的抑制異常值的WSN節點定位方法
本專利技術屬于無線通信
，特別是涉及一種利用條件數改進最小二乘法抑制異常值的基于RSSI的WSN節點定位方法。
技術介紹
無線傳感器網絡(WirelessSensorNetworks,簡稱WSN)由大量部署在監測區域或者附近的低成本低功耗的傳感器節點組成，這些節點具有感知能力、計算能力以及通信能力，各個節點通過自組織網絡進行協同工作。在無線傳感器網絡中，確定事件發生的位置或數據采集的位置是至關重要的，否則獲取的信息就毫無意義。傳感器節點可以分為兩類：錨節點(位置信息已知的節點)與未知節點(位置信息未知的節點)。錨節點在無線傳感器網絡中的數量遠小于未知節點數量，在定位過程中由錨節點作為參考點對未知節點進行定位。傳感器節點的定位方法可以分為兩類：基于測距的算法及距離無關的算法。基于測距的算法首先需要測量待測節點與其鄰居錨節點的距離或者角度，然后根據測得的距離或者角度通過三邊測量法、三角測量法或者最小二乘法求得待測節點的坐標。基于測距的算法有基于RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)的定位、基于TOA(TimeofArrival)的定位、基于TDOA(TimeDifferenceofArrival)的定位以及基于AOA(AngleofArrival)的定位等。距離無關的算法有質心定位算法、DV-Hop算法、APIT算法、DV2distance算法以及核心方程算法等，不需要待測節點與其鄰居錨節點的距離或者角度，降低了對節點的硬件要求，但其定位精度不高。通常無線傳感器網絡中的傳感器節點是密集存在的，也可能會分布在不易維護的地理區域，一旦傳感器節點的能量消耗殆盡，此節點就會失效，因此需要低耗能的定位算法同時也要兼顧定位的精確度。
技術實現思路
本專利技術的專利技術目的在于：針對上述存在的問題，提供一種利用條件數改進最小二乘法的基于RSSI的WSN節點定位方法，以抑制異常值，有效的提高算法的穩定性與精確度。本專利技術的解決方案是針對用傳統最小二乘法進行運算時存在的精確度低的缺陷，首先利用RSSI獲得未知節點與其鄰居錨節點的距離；再由最小二乘法表示出估計矢量及其法矩陣；然后根據法矩陣的條件數判斷估計矢量是否會出現異常值；若否，則可直接計算出估計矢量；若是，則通過增加或減少鄰居錨節點的位置信息以降低估計矢量的法矩陣條件數。從而抑制異常值出現。因此，本專利技術的基于RSSI的抑制異常值的WSN節點定位方法包括下列步驟：步驟1：基于當前網絡拓撲獲取未知節點的鄰居錨節點；用Ki表示各未知節點的鄰居錨節點數，其中下標i用于區分不同的未知節點，對于Ki≥3的未知節點，基于鄰居錨節點的RSS計算當前未知節點與各鄰居錨節點的距離；步驟2：按未知節點與各鄰居錨節點的距離的升序對Ki個鄰居錨節點坐標進行排序，得到坐標序列：步驟3：基于未知節點的前三個鄰居錨節點坐標計算條件數a＝cond(A1TA1)，基于未知節點的Ki個鄰居錨節點坐標計算條件數b＝cond(A2TA2)，其中符號cond(·)表示矩陣條件數，矩陣矩陣步驟4：若Ki＝3且a＞thr，則跳過當前未知節點；若Ki＝3且a≤thr，則基于Ki個鄰居錨節點坐標，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點，其中thr為預設閾值；步驟5：若Ki＞3且b≤thr，則基于Ki個鄰居錨節點坐標，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點；若Ki＞3且b＞thr且a≤thr，則對未知節點的鄰居錨節點坐標進行篩選，并基于篩序結果，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點；若Ki＞3且b＞thr且a＞thr，則首先對未知節點的鄰居錨節點坐標進行篩選，再判斷篩選結果的鄰居錨節點個數是否大于3，若是，則基于篩序結果，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點；否則跳過當前未知節點；其中，對未知節點的鄰居錨節點坐標進行篩選為：從坐標序列的第四個坐標(x4,y4)到坐標順次執行步驟①～③：步驟①：將坐標(xs,ys)加入到當前集合Set_c中，其中s＝4,5,…,Ki-1，集合Set_c的初始值為Set_c＝((x1,y1),(x2,y2),(x3,y3))；步驟②：基于當前集合Set_c，計算條件數c＝cond(A3TA3)，其中矩陣步驟③：若c＞thr，則將坐標(xs,ys)從集合Set_c中刪除。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本專利技術的有益效果是：在最小二乘法的基礎上增加了條件數進行判斷，不僅保留了盡可能多的位置信息而且有效的剔除異常值，顯著提高了定位的精確度，并大大增強了最小二乘法定位的穩定性。附圖說明圖1是本專利技術實施方式的流程示意圖；圖2是本專利技術實施方式的定位區域及節點分布圖；圖3是本專利技術實施方式仿真運行所得未知節點定位誤差軌跡示意圖；圖4是本專利技術實施方式仿真運行所得定位誤差隨總節點數目變化軌跡示意圖；圖5是本專利技術實施方式仿真運行所得定位誤差隨錨節點數目變化軌跡示意圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合實施方式和附圖，對本專利技術作進一步地詳細描述。參見圖1，將本專利技術用于圖2所示的無線傳感器網絡的監測區域(在200m*200m的區域內隨機布置20個錨節點，60個未知節點。)的WSN節點定位，具體包括下列步驟：步驟S1：獲取圖2所示的檢測區域的網絡拓撲；步驟S2：獲取未知節點數量n(n＝60)，從第一個未知節點開始，分別獲取未知節點的鄰居錨節點。即初始化未知節點標識符i＝1，每處理一個未知節點的定位，則將i+1，以用于判斷是否處理完當前網絡拓撲的所有未知節點；步驟S3：若i≤n，則執行步驟S4；否則執行步驟S17；步驟S4：判斷當前未知節點的鄰居錨節點的個數Ki是否小于3，若是，則不能定位，跳過當前未知節點，處理下一個未知節點，即執行步驟S11(令i＝i+1后，返回步驟S3)；若否，則執行步驟S5；步驟S5：根據接收到的RSSI計算其與鄰居錨節點的距離并記錄鄰居錨節點的坐標信息；步驟S6：將距離按由小到大重新排序同時也將與距離對應的錨節點坐標重新排序。重新排序后的鄰居錨節點坐標為與之對應的距離為其中步驟S7：計算矩陣在此基礎上計算條件數a＝cond(A1TA1),b＝cond(A2TA2)；步驟S8：若Ki＝3，則執行步驟S9；否則執行步驟S12；步驟S9：判斷條件數a與閾值thr(本實施方式中，取值為100)的大小關系，若a≤thr，則執行步驟S10；否則執行步驟S11；步驟S10：基于Ki個鄰居錨節點，通過最小二乘法計算未知節點坐標并將當前未知節點標記為錨節點，并執行步驟S11；其中，矩陣步驟S11：更新i，即令i＝i+1后，返回步驟S3；步驟S12：判斷條件數b是否小于或等于thr，若是，則執行步驟S10；若否，則執行步驟S13；步驟S13：對Ki個鄰居錨節點進行篩選后執行步驟S14。對鄰居節點進行篩選的處理具體為：從坐標序列的第四個坐標(x4,y4)到坐標順次執行步驟①～③：步驟①：將坐標(xs,ys)加入到當前集合Set_c中，其中s＝4,5,…,Ki-1，集合Set_c的初始值為Set_本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于RSSI的抑制異常值的WSN節點定位方法，其特征在于，包括下列步驟：步驟1：基于當前網絡拓撲獲取未知節點的鄰居錨節點；用Ki表示各未知節點的鄰居錨節點數，其中下標i用于區分不同的未知節點，對于Ki≥3的未知節點，基于鄰居錨節點的RSS計算當前未知節點與各鄰居錨節點的距離；步驟2：按未知節點與各鄰居錨節點的距離的升序對Ki個鄰居錨節點坐標進行排序，得到坐標序列：步驟3：基于未知節點的前三個鄰居錨節點坐標計算條件數a＝cond(A1TA1)，基于未知節點的Ki個鄰居錨節點坐標計算條件數b＝cond(A2TA2)，其中符號cond(·)表示矩陣條件數，矩陣矩陣步驟4：若Ki＝3且a＞thr，則跳過當前未知節點；若Ki＝3且a≤thr，則基于Ki個鄰居錨節點坐標，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點，其中thr為預設閾值；步驟5：若Ki＞3且b≤thr，則基于Ki個鄰居錨節點坐標，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點；若Ki＞3且b＞thr且a≤thr，則對未知節點的鄰居錨節點坐標進行篩選，并基于篩序結果，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點；若Ki＞3且b＞thr且a＞thr，則首先對未知節點的鄰居錨節點坐標進行篩選，再判斷篩選結果的鄰居錨節點個數是否大于3，若是，則基于篩序結果，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點；否則跳過當前未知節點；其中，對未知節點的鄰居錨節點坐標進行篩選為：從坐標序列的第四個坐標(x4,y4)到坐標順次執行步驟①～③：步驟①：將坐標(xs,ys)加入到當前集合Set_c中，其中s＝4,5,…,Ki?1，集合Set_c的初始值為Set_c＝((x1,y1),(x2,y2),(x3,y3))；步驟②：基于當前集合Set_c，計算條件數c＝cond(A3TA3)，其中矩陣A3=2(xs-x1)2(ys-y1)2(xs-x2)2(ys-y2)...2(xs-xs-1)2(ys-ys-1)]]>步驟③：若c＞thr，則將坐標(xs,ys)從集合Set_c中刪除。...

【技術特征摘要】
1.基于RSSI的抑制異常值的WSN節點定位方法，其特征在于，包括下列步驟：步驟1：基于當前網絡拓撲獲取未知節點的鄰居錨節點；用Ki表示各未知節點的鄰居錨節點數，其中下標i用于區分不同的未知節點，對于Ki≥3的未知節點，基于鄰居錨節點的RSSI計算當前未知節點與各鄰居錨節點的距離；步驟2：按未知節點與各鄰居錨節點的距離的升序對Ki個鄰居錨節點坐標進行排序，得到坐標序列：步驟3：基于未知節點的前三個鄰居錨節點坐標計算條件數a＝cond(A1TA1)，基于未知節點的Ki個鄰居錨節點坐標計算條件數b＝cond(A2TA2)，其中符號cond(·)表示矩陣條件數，矩陣矩陣步驟4：若Ki＝3且a＞thr，則跳過當前未知節點；若Ki＝3且a≤thr，則基于Ki個鄰居錨節點坐標，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨節點，其中thr為預設閾值；步驟5：若Ki＞3且b≤thr，則基于Ki個鄰居錨節點坐標，通過最小二乘法確定當前未知節點坐標，并將當前未知節點標記為錨...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葛琰，鄭植，楊海芬，楊姣，楊雨軒，孟會鵬，劉柯宏，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51