CN105353344B - 无线网络节点距离的自动测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线网络节点距离的自动测量方法，包括步骤：建立ZigBee通信网络；锚节点周期性的广播自己的ID和位置信息；移动节点保存参与节点距离计算的锚节点的RSSI平均值；建立参与节点距离计算的锚节点的分组；计算每个分组的测距因子A和衰减因子n；利用测距因子A和衰减因子n计算锚节点成员与移动节点间的距离。本发明提供的方法增加了对无线网络环境变化的自适应能力，降低了测距误差，提高了无线网络节点定位的精度。

Description

无线网络节点距离的自动测量方法
技术领域
本发明涉及ZigBee无线网络技术领域，特别是无线网络节点距离的自动测量方法。
背景技术
ZigBee无线网络节点的准确定位是无线网络技术领域的一个重要课题，节点间距离的准确测量是定位算法实现的基础。根据无线通讯接收信号强度RSSI与通讯距离的关系，利用接收信号强度RSSI，可以计算出移动节点与锚节点之间的距离，再利用三边测量计算法，可以计算出移动节点的位置坐标，从而实现无线网络移动节点的定位。
我们研究发现，已有节点距离测量方法所使用计算公式的关键因子是预定常数，当网络环境发生变化时，会产生一系列的测量误差。如果能够自动修正计算公式的关键因子，可以减少因环境变化而产生的测量误差。鉴于已有节点距离测量方法中，很少研究自动修正计算公式的关键因子来适应网络环境的变化，本发明主要解决无线网络环境发生变化时，通过自动修正计算公式的关键因子来实现无线网络节点距离的自动测量问题。
发明内容
本发明针对无线网络节点距离的自动测量方法问题，目的是提供一种能适应网络环境变化的自动测量网络节点间距离的方法。为了实现本目的，本发明无线网络节点距离的自动测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：建立ZigBee通信网络；
步骤S2：锚节点周期性的广播自己的ID和位置信息；
步骤S3：移动节点根据设定的RSSI门限值，选择参与节点距离计算的锚节点，移动节点保存参与节点距离计算的锚节点的RSSI平均值；
步骤S4：建立参与节点距离计算的锚节点的集合C_set，将集合C_set的元素分组；
步骤S5：对于步骤S4所述的分组，利用接收信号强度RSSI与通讯距离的关系，计算每个分组的测距因子A和衰减因子n；
步骤S6：利用步骤S5所述测距因子A和衰减因子n，计算锚节点与移动节点间的距离。
本发明提供的无线网络节点距离自动测量方法，适应性强，尤其在电磁场变化比较大的无限网络环境，能有效的抑制测量误差。
附图说明
图1所示为本发明无线网络节点距离的自动测量方法的流程图。
图2所示为本发明步骤S4中集合C_set的第一组3个锚节点(a1、a2、a3)和移动节点C的网络示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明无线网络节点距离的自动测量方法的流程图，包括：建立ZigBee通信网络，锚节点周期性的广播自己的ID和位置信息，移动节点保存参与节点距离计算的锚节点的RSSI平均值，建立参与节点距离计算的锚节点的分组，计算每个分组的测距因子A和衰减因子n，利用测距因子A和衰减因子n计算锚节点成员与移动节点间的距离。
各步骤的具体实施细节如下：
步骤S1：建立ZigBee通信网络；
步骤S2：锚节点周期性的广播自己的ID和位置信息；
步骤S3：移动节点保存参与节点距离计算的锚节点的RSSI平均值。移动节点设定RSSI门限值，若移动节点接收到锚节点的RSSI值高于设定的门限值，则该锚节点参与节点距离的计算；移动节点周期性记录锚节点的RSSI值，对同一个锚节点的RSSI值取平均值予以保存；
步骤S4：建立参与节点距离计算的锚节点的分组。当移动节点记录的参与节点距离计算的锚节点个数等于阈值N时，不再记录新的锚节点；根据移动节点记录的参与节点距离计算的锚节点建立集合C_set，对步骤S3保存的RSSI值从大到小将锚节点排序，按照每3个锚节点一组的原则分组，分组后的集合为：（其中N表示参与节点距离计算的锚节点个数）；
步骤S5：计算每组的测距因子A和衰减因子n。对集合C_set的第一组进行计算：锚节点a1接收到锚节点a2、a3的信号强度为RSSI 12 、RSSI 13 ，锚节点a1到a2、a3的距离为d 12 、d 13 ，信号强度与距离存在下列关系式：
计算方程可得：
根据上式可得锚节点a1的测距因子A 1 和衰减因子n 1 ，同理可得锚节点a2、a3的测距因子A 2 、A 3 和衰减因子n 2 、n 3 ；第一组各锚节点成员将计算得到的测距因子和衰减因子传输给移动节点，移动节点计算得出第一组的测距因子和衰减因子为：
A、n分别为集合C_set中第一组锚节点的测距因子和衰减因子，用同样的方法计算其它各组锚节点的测距因子A和衰减因子n；
步骤S6：利用测距因子A和衰减因子n计算锚节点与移动节点的距离。具体方法为，对集合C_set的任意一组锚节点，其测距因子和衰减因子分别为A、n，该组锚节点与移动节点间距离的计算公式为（其中i为锚节点在该组的编号，RSSI i 为移动节点保存的第i个锚节点的RSSI平均值，A、n分别为选定组的测距因子和衰减因子）。
本发明提供的无线网络节点距离的自动测量方法，主要是测量移动节点与锚节点间的距离，首先建立参与节点距离计算的锚节点分组，根据锚节点之间的已知距离和每组锚节点之间的发射接收信号强度RSSI值，计算每组的测距因子A和衰减因子n，由公式计算移动节点与各组锚节点间的距离。与已有测距方法相比，本发明提供的方法增加了对无线网络环境变化的自适应能力，降低了测距误差，从而提高了无线网络节点定位的精度。

Claims (1)

1.一种无线网络节点距离的自动测量方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S1：建立ZigBee通信网络；
步骤S2：锚节点周期性的广播自己的ID和位置信息；
步骤S3：移动节点根据设定的RSSI门限值，选择参与节点距离计算的锚节点，移动节点保存参与节点距离计算的锚节点的RSSI平均值；
步骤S4：建立参与节点距离计算的锚节点的集合C_set，将集合C_set的元素分组；当移动节点记录的参与节点距离计算的锚节点个数等于阈值N时，不再记录新的锚节点，N表示参与节点距离计算的锚节点个数；根据移动节点记录的参与节点距离计算的锚节点建立集合C_set，对步骤S3保存的RSSI值从大到小将锚节点排序，按照每3个锚节点一组的原则分组，分组后的集合为：
C_set＝{(a1，a2，a3)，(a4，a5，a6)，...，(aN-2，aN-1，aN)}；
步骤S5：对于步骤S4所述的分组，利用接收信号强度RSSI与通讯距离的关系，计算每个分组的测距因子A和衰减因子n；对集合C_set的第一组进行计算：锚节点a1接收到锚节点a2、a3的信号强度为RSSI12、RSSI13，锚节点a1到a2、a3的距离为d12、d13，信号强度与距离存在下列关系式：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>RSSI</mi> <mn>12</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>10</mn> <msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>lg</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>12</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>RSSI</mi> <mn>13</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>10</mn> <msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>lg</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>13</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>
计算方程可得
根据上式可得锚节点a1的测距因子A1和衰减因子n1，同理可得锚节点a2、a3的测距因子A2、A3和衰减因子n2、n3；第一组各锚节点成员将计算得到的测距因子和衰减因子传输给移动节点，移动节点计算得出第一组的测距因子和衰减因子为：
n分别为集合C_set中第一组锚节点的测距因子和衰减因子，用同样的方法计算其它各组锚节点的测距因子A和衰减因子n；
步骤S6：利用步骤S5所述测距因子A和衰减因子n，计算锚节点与移动节点间的距离；对集合C_set的任意一组锚节点，其衰减因子和测距因子分别为A、n，该组锚节点与移动节点间距离的计算公式为其中i为锚节点在该组的编号，RSSIi为移动节点保存的第i个锚节点的RSSI平均值，A、n分别为选定组的测距因子和衰减因子。
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