WO2012113254A1

WO2012113254A1 - 一种选择用于定位的参考标签的方法及装置

Info

Publication number: WO2012113254A1
Application number: PCT/CN2011/083513
Authority: WO
Inventors: 陈爱; 潘璐伽
Original assignee: 华为技术有限公司
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-08-30
Also published as: US20130088334A1; US9202088B2; CN102111876B; CN102111876A

Description

一种选择用于定位的参考标签的方法及装置

本申请要求于 2011 年 2 月 24 日提交中国专利局、申请号为 201110044752.4、发明名称为"一种选择用于定位的参考标签的方法及装置"的中国专利申请的优先权，其全部内容通过弓 I用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及无线传感器技术领域，特别是涉及一种选择用于定位的参考标签的方法及装置。

背景技术

无线传感器网络是由部署在监视区域内的大量廉价微型的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、釆集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。在无线传感器网络中，位置信息对传感器网络的检测活动至关重要，确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感器网路最基本的功能之一 ,对传感器网络应用的有效性起着关键作用。

目前，无线传感器网络的定位方法有很多种，其中比较常见的为基于信号衰减模型的定位方法。该方法的进行定位的基本原理是：电磁波在空间中传播会产生能量衰减，其衰减的幅度与传播距离的远近有关。所以根据无线电波能量的衰减程度可以估算发射源和接收机之间的距离，如果接收机的位置已知，那么估算的距离就可以用来定位发射源。这种定位方法能够在实验室中取得良好的定位性能，但在现实环境中，温度、障碍物、传播模式等条件往往都是变化和不可预知的，因此，简单的通过模型把测量到的接收功率换算为电磁波传播路径的方法，会带来较大的误差。

为此，现有技术中引入参考标签的方式来进行辅助定位。其中，参考标签是指传感器网络中位置已知且固定的节点。例如， LANDMARC定位技术就是一种利用参考标签进行辅助定位的一种典型应用。在 LANDMARC定位技术中，需要在网络中部署一定数量的无线射频（Radio Frequency , RF )阅读器，以及一定数目的参考标签。在进行定位时，可以首先通过 RF阅读器来检测各参考标签与待定位标签发出的信号强度，然后根据检测到的信号强度来估算各个参考标签到待定位标签的距离，选择距离待定位标签最近的几个（例如三个）参考标签，作为有效参考标签，最后，在以这几个有效参考标签为顶点组成的多边形区域内部，确定出待定位标签的位置。

这种通过引入参考标签进行辅助定位的实现方式，可以降低外界条件的影响，更加适合于现实环境中的定位。但是，要想达到较高的定位精度，则依赖于参考标签的部署密度。发明内容

本发明提供一种选择用于定位的参考标签的方法及装置，能够不依赖于参考标签的部署密度，便实现较高的定位精度。

本发明提供了如下方案：

一种选择用于定位的参考标签的方法，包括：

获取各个无线射频阅读器检测到的参考标签发出的第一信号强度，及待定位标签发出的第二信号强度；

根据所述第一信号强度与第二信号强度的大小关系 ,确定无线射频阅读器的分界线，通过所述分界线将网络划分为第一区域及第二区域；

根据所述参考标签与所述分界线的相对位置 ,确定所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向；

根据所述估计方向，按照指定参考标签数目，选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

一种选择用于定位的参考标签的装置，包括：

信号强度获取单元，用于获取各个无线射频阅读器检测到的参考标签发出的第一信号强度，及待定位标签发出的第二信号强度；

分界线确定单元，用于根据所述第一信号强度与第二信号强度的大小关系，确定无线射频阅读器的分界线，通过所述分界线将网络划分为第一区域及第二区域；

估计方向确定单元，用于根据所述参考标签与所述分界线的相对位置，确定所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向；

参考标签选择单元，用于根据所述估计方向，按照指定参考标签数目，选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：在本发明实施例中，首先可以确定出待定位标签相对于各参考标签的估计方向，然后在选择有效参考标签组时，就可以利用待定位标签相对于各参考标签的估计方向进行选择，进而利用有效参考标签组对待定位标签进行定位。因此，利用这种参考标签选择方式得到的参考标签所定位出的待参考标签位置，其定位精度不依赖于参考标签的部署密度，即使在参考标签的部署密度较低的情况下，仍然能够达到较高的定位精度。附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是无线传感器网络部署示意图；

图 2 ( a )、 2 ( b )、 2 ( c )是本发明实施例提供的估计方向确定过程示意图；

图 3是本发明实施例中的符号矫正示意图；

图 4 ( a )、 4 ( b )是本发明实施例中的有效参考标签组选择方法示意图；图 5是本发明实施例中两点定位方法示意图；

图 6是本发明实施例提供的选择用于定位的参考标签的方法的流程图；图 7是本发明实施例中的实验网络部署图；

图 8是在参考标签稀疏部署情况下，本发明实施例与传统方法的定位精度对比示意图；

图 9是在参考标签密集部署情况下，本发明实施例与传统方法的定位精度对比示意图；

图 10是本发明实施例提供的第一装置的示意图；

图 11是本发明实施例提供的第二装置的示意图；

图 12是本发明实施例提供的第三装置的示意图；图 13是本发明实施例提供的第四装置的示意图；

图 14是本发明实施例提供的第五装置的示意图。具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明人在实现本发明的过程中发现：在图 1所示的网络部署图中，假设 A为一参考标签， B为待定位标签， S1至 S16为 RF阅读器，直线 L为 ^的中垂线。则，直线 L左边的 RF阅读器 S1至 S8距离参考标签 A比较近，直线 L右边的 RF阅读器 S9至 S16距离待定位标签 B比较近。如果假设 Ml至 M16为 S1至 S16接收到的参考标签 A和待定位标签 B的信号强度差，则在理想情况下， Ml至 M8应该大于 0, M9至 M16应该小于 0。

基于上述特点，在本发明实施例中，在确定有效参考标签时，可以釆用以下方法：

首先，针对一个参考标签 A, 确定 RF阅读器分别接收到的该参考标签 A 以及待定位标签的信号强度，并计算前者与后者之差，假设为 M; 由于各个 RF阅读器所处的位置不同，因此，根据不同的 RF阅读器计算出 M的值会不同，并且有的是正值，有的是负值。然后，根据 M的正负确定出 RF阅读器的分界线，使得分界线一侧的 M值为正，另一侧为负。也即，通过分界线，将整个空间划分成两个区域，一个区域为正值区域，另一个区域为负值区域，并且，参考标签 A—定位于正值区域。

然后，根据该参考标签 A与该分界线的位置关系，便可以估算出待定位标签相对于该参考标签的大致方向。例如，前述 RF阅读器的分界线通常是一条直线，则可以从参考标签 A作垂直于该分界线并且指向负值区域的射线，该射线的延伸方向，就可以作为待定位标签相对于该参考标签 A的估计方向。当然，在其他实施例中，也可以从参考标签 A向分界线作某指定角度并且指向负值区域的射线，将该射线的延伸方向作为待定位标签相对于该参考标签 A 的估计方向。

同样，针对网络中的其他参考标签也可以做类似处理，这样，可以估计出待定位标签相对各个参考标签的估计方向。

为了更形象地理解上述确定待定位标签相对于参考标签的估计方向的方法，下面通过图 2进行更为详细地描述。在图 2中，同样假设有 16个 RF阅读器 S1至 S16。假设 RF阅读器 S1接收到的参考标签 A的信号强度为 ^M" , 接收到的待定位节点 B的信号强度为则 =^ "- 假设 M>0, 则可以在 S1处用 "+" 表示。同样，针对其他 RF阅读器，也可以 #丈同样处理。也即，对于 RF阅读器 ( n=l , 2... ... 16 ), 可以计算出¹ ^ "接收到的参考节点 A 的信号强度为 ^Μ"Α ,接收到的待定位节点 B的信号强度为 ,则 m 。其中，针对不同的 RF阅读器， ^M "的正负会有所不同。例如，对于 RF阅读器 S14, ^Mi4<0, 则可以在该 RF阅读器 S14处用 "-" 表示。

假设 ^M "的正负如图 2 ( a ) 所示，则在确定 RF阅读器的分界线时，可以如图 2 ( b )所示，直线 L即可作为 RF阅读器的分界线。可以看出，在直线 L 的一侧， RF 阅读器处都用 "+，，表示，因此称为正值区域，并且参考标签 A 位于该正值区域内。在直线 L的另一侧， RF阅读器处都用 "-" 表示，因此称为负值区域，并且待定位标签应该位于该负值区域。接下来，就可以从参考标签 A做垂直与该直线 L并指向负值区域的射线，该射线的延伸方向就可以作为待定位标签相对该参考标签 A的估计方向，如图 2 ( c )所示。其他参考标签也都做类似处理。当然，在确定估计方向时，也不是一定要按照以上方式，例如，还可以从参考标签 A做与直线 L成某预置角度并指向负值区域的射线，等等，各种其他方式这里不再一一赘述。

其中，具体确定分界线时，可以如下进行：

找出所有相邻的分别标号为正与负的 PF阅读器的连线的中点，然后通过这样的任意两个中点可以得到多条直线，并且可以得到每条直线的函数关系式；从这些直线中可以找出一条最优的直线，使得该直线两侧的 RF阅读器的标号相反，这条最优的直线就可以作为 RF阅读器的分界线。也即，由于 RF 阅读器的坐标是已知的，因此，具体实现时， RF阅读器的分界线可以用一个函数关系式来表示，前述 "画线，，的过程，就相当于是获取这个函数关系式的过程。相应的，对于待定位标签相对于参考标签的估计方向而言，实际上也相当于是一条射线，并且由于参考标签的坐标也是已知的，因此，也可以用函数关系式的方式来表达前述估计方向。

例如，假设获取到的分界线的函数关系式是 = +1), 其中 a、 b常数；并假设参考标签的坐标为（xl , yl )。相当于那么在已知以下条件：估计方向所在直线经过点（xl , yl ), 并且与直线 y=ax+b垂直，根据这两个条件，就可以获取到估计方向所在直线的函数关系式，例如，假设为 y=cx+d, 则对于估计方向，如果要体现出方向的概念，则可以再对 X的取值进行限制。例如，对于图 2 ( b ) 中所示的参考标签与分界线之间的位置关系而言，最终确定出的待需要说明的是，以上仅仅是大致估计出待定位标签相对于参考标签的估计方向，但最终定位出的待定位标签的位置，并不一定在某参考标签的估计方向所在的直线上。

另外需要说明的是，在实际应用中，计算出各个 RF阅读器的 M值之后，可能会发现界限并不是很清晰。例如，在某一区域，多数 RF阅读器的 M值都是正值，但是个别的 RF阅读器计算出的 M值却是负值。此时，可以对这种少数 RF阅读器的 M值进行修正，将其修改为周围多数 RF阅读器计算出的 M 值的正负情况。例如，计算出的各 RF阅读器的 M值的正负情况如图 3所示，此时，就可以首先将 S3处的 "-" 修改为 "+" , 将 S12处的 "+" 修改为然后再确定 RF阅读器的分界线，使得尽量保证分界线一侧的符号全部相同，从而划分出正值区域及负值区域。

在确定了待定位标签相对于各个参考标签的估计方向之后，就可以根据各个估计方向，按照指定参考标签数目，选择有效参考标签组，以便进行多点定位。例如，可以釆用三点定位，也即指定参考标签数目为三。所谓三点定位，是指，首先选出三个有效的参考标签，并认为待定位标签位于以这三个有效的参考标签为顶点的三角形区域内部，然后就可以利用一定的算法，计算出待定位标签所在的位置。因此，如何选择有效待定位标签组是定位的关键。

在本发明实施例中，可以如下进行：在确定了待定位标签相对于各个参考标签的估计方向之后，将每三个参考标签进行组合，组成多个待确定参考标签组，针对每个待确定参考标签组，以其中的三个参考标签为顶点组成三角形，判断针对这三个参考标签确定出的估计方向是否全部指向该三角形的内部，如果是，则这三个参考标签就能够组成一个有效参考标签组。例如，如图 4 (a) 所示，假设 Al、 A2、 A3 为三个参考标签，针对这三个参考标签估计出的待定位标签的估计方向分别如图所示，可以看出三个估计方向都指向三角形的内部，因此，参考标签 Al、 A2、 A3 就形成一个有效参考标签组。否则如果针对某参考标签估计出的待定位标签的估计方向指向三角形外部，则这三个参考标签不能组成一个有效参考标签组。如图 4 (b) 所示，同样假设 Al、 A2、 A3为三个参考标签，针对这三个参考标签估计出的待定位标签的估计方向如图所示，可以看出针对参考标签 A3估计出的待定位标签的估计方向指向三角形的外部，因此，参考标签 Al、 A2、 A3就不能形成一组有效的参考标签。

这样，最终选择出的有效参考标签组可能有多个，此时，还可以从中选择出最优的一个有效参考标签组作为最终定位使用的有效参考标签组。其中，具体在选择最优的有效参考标签组时，可以计算每组有效参考标签组中，每两个参考标签之间的欧几里德距离 E, 最后选择 E的平均值或 E的和最小的一组，作为最优的有效参考标签组，并利用该组有效参考标签，最终定位出待定位标签的位置。

之所以这样选择，是因为，如果某组有效参考标签中， E的平均值或 E的和最小，则证明以这几个有效参考标签为顶点组成的多边形的面积是最小的，该最小的面积中进行定位，可以提高定位的精度。

下面对于前文涉及到的两个具体的计算过程进行简单地介绍。

首先，关于三点定位的具体算法，可以釆用已有技术中的方式实现。例如，假设有效参考标签组内的三个参考标签分别为 B1、B2、B3,坐标分别为（ ^χι^ι)、

( ¾,73)；算出待定位标签与这几个参考标签之间的相似度因子（参考标签相对于待定位标签的权值）分别为 ^， ^w2 , ^w3 (不同算法计算出的相似度因子可能会有所不同）；这样，待定位标签的横坐标为 x = (w_lxx_l +w₂ xx₂ + w₃ xx₃)/(_Wl +w₂ +w₃) ^ 纵坐标类似；如果对权值进行了归一化，即 ^ + w₂ + w₃ = 1 , 则 X = (w_x X + w₂ x x₂ + w₃ x x₃ )。一般可以默认对权值进行了归一化处理。其中，所谓待定位标签与参考标签之间的相似度因子，就相当于参考标签相对于待定位标签的权值，也就是参考标签对于定位待定位标签的重要程度，通常，该权值与参考标签与待定位标签之间的距离有关，并且与该距离成反比。也即，参考标签与待定位标签之间的距离越近，则权值越高，反之，参考标签与待定位标签之间的距离越远，则权值越低。当然，在得到待定位标签的具体位置之前，无法得到准确的参考标签与待定位标签之间的距离的值，因此，在一种算法下，可以计算参考标签与待定位标签之间的欧几里德距离，该欧几里德距离虽然不是参考标签与待定位标签之间的物理距离，但是可以反映出参考标签与待定位标签之间的物理距离，根据该欧几里德距离即可计算出各个参考标签的权值。

例如，假设共有 n个 RF阅读器， m个参考标签，并假设待定位标签的信号强度矢量为 = ( ， ''· ），表示 RF阅读器 i接收到的待定位标签的信号强度；参考标签的信号强度矢量为¹ ^ = ^ι A… ) , 其中，表示 RF阅读器 i 接收到的参考标签的信号强度。则参考标签与待定位标签之间的欧几里德距离可以表示为：

上述公式（1 ) 即可表示参考标签与待定位标签之间的欧几里德距离，其中， E值越小，则表示参考标签与待定位标签之间的距离越近，反之， E越大，则表示参考标签与待定位标签之间的距离越远。

接下来，就可以根据 E的值计算出参考节点的权值：

1 ^k 1

^EJ j--^{l E}j ( 2 ) 其中， k代表定位所用到的 k个参考标签，例如，当进行三点定位时， k 的值为 3 , 为定位所用到的 k个参考标签与待定位标签之间的欧几里德距离。然后，可以根据以下公式来计算待定位标签的坐标：

k

^ ( 3 )

此外，对于两个参考标签之间的欧几里德距离而言，可以参考前文所述计算参考标签与待定位标签之间的欧几里德距离的方法。例如，可以通过以下公式计算得到：假设共有 n个 RF阅读器，假设参考标签 A的信号强度矢量为 S = (S S₂ - S_n ) ^ 其中，表示 RF阅读器 i接收到的参考标签 A的信号强度， (1，")；假设参考标签 B的信号强度矢量为 ^{P =} W，A… ），其中，表示 RF 阅读器 i接收到的参考标签 B的信号强度， ^{i G} ^。则参考标签 A与参考标签 B之间的欧几里德距离可以表示

在本发明的其他实施例中，如果某待定位标签位于网络的边缘，则利用本发明实施例提供的方法确定有效的参考标签组时，还可能存在所有标签组都无效的情况。例如，同样以三点定位为例，则可能存在以下情况：将所有参考标签中的每三个进行组合，但最后发现每种组合中，都存在估计方向指向三角形外部的参考标签。这一般是由于待定位标签位于网络边缘造成的，此时，如果仍然釆用三点定位的方法来确定待定位标签的位置，最终确定出的待定位标签的位置很可能是不准确的。

针对这种情况，本发明实施例还提供了相应的解决方法。也即，当按照某指定数目选择有效参考标签组时，如果不存在有效参考标签组，则可以釆用减少参考标签数目的方式来进行定位。例如，默认情况下釆用三点定位的方式，但是，当发现无论哪三个参考标签都无效时，则可以釆用两点定位的方式。又或者，在默认情况下釆用四点定位的方式，但是发现无论哪四个参考标签都无效时，则可以釆用三点定位的方式，重新进行定位；如果发现使用三点定位仍然无法进行定位时，则再釆用两点定位的方式。

其中，对于两点定位，由于两个参考标签无法组成一个多边形，因此，选择有效参考标签组的方法，以及具体的定位方法，与三点或更多点定位时釆用的方法都会有所不同，这里对此进行介绍。首先，可以根据公式（ 1 )及公式（2)计算出各个参考标签相对于待定位标签的权值，然后从中选择权值符合预置条件的两个组成有效参考标签组。例如，可以选择权值最大的两个参考标签组成有效参考标签组。

在选定有效参考标签组之后，可以根据这两个参考标签的坐标、权值，以及已知的权值与距离之间的反比关系，得到一个函数关系式，其中，距离是指参考节点与待定位标签之间的物理距离。例如，假设有效参考标签组中的两个参考标签分别为 A、 B, 两者的坐标是已知的，分别为，）及 0₂，^), 并假设参考标签 A、B的权值分别为¹ 待定位标签的坐标是未知的，设为 0，，则参考标签 A与待定位标签之间的距离可以表示为： ⁶ι (^χ- ^χι)^{2 +}("ι)² , 参考标签 Β 与待定位标签之间的距离可以表示为： ^b2 =^-^)² +(y-y₂)² , 这样，根据前述权值与距离之间成反比，可得以下函数关系式：

b₂ =w₂l Wj ( 5 ) 也即：

需要说明的是，在确定了有效参考标签组之后，在上述函数关系式中，只有 X、 y是未知数，其他均为已知数。

然后，就可以根据跟函数关系式，以及之前得到的针对两个参考标签的估计方向，来确定待定位标签的位置。具体的，假设参考标签 A的估计方向所在直线的函数关系式为：

y = c_lx + d_l ( 7 ) 参考标签 B的估计方向所在直线的函数关系式为：

y = c₂x + d₂ (8) 这样，分别联立函数关系式（6)与（7), 以及（6)与（8), 可以分别求解出一对 x、 y的值。例如，分别为（，^)、 (¾^₄), 这在坐标系中对应着两个点。然后，可以取以这两个点为端点的线段的中点，并将该中点作为最终确定出的待定位标签的位置。

为了更好地理解上述两点定位的方法，下面通过图 5 进行更加形象地介例如，假设有效参考标签组由参考标签 Al、 A2组成，将 Al、 A2的坐标以及权值带入表达式（6 )可以得到一个函数关系式，根据该函数关系式可以画出一条曲线 51。同时，假设针对参考标签 A1确定出的待定位标签的估计方向所在射线为 52,针对参考标签 A2确定出的待定位标签的估计方向所在射线为 53 , 则射线 52、 53与曲线 51分别有一个交点，分别为 C、 D。然后，取以 C、 D为端点的线段的中点 B作为待定位标签所在的位置即可。

在两点定位时，之所以釆用上述方式，是因为：

依据欧几里德原理，在一个平面上，两条互相不平行的直线有且只有一个交点。并且经过两点，有且只有一条直线。这样，当待定位标签与两个参考标签都在一个平面内时，经过待定位标签与一个参考标签 A有且只有一条直线 m; 经过待定位标签与另一个参考标签 B有且只有一条直线 n; 直线 m和 n有且只有一个交点，那这个交点必然是待定位标签所在的点。

因此，如果能够得到待定位标签与两个参考标签的准确的方向关系，再加上已知了两个参考标签的准确位置，就可以准确的画出 m和 n (实际的算法只要得到 m和 n的函数表达式），从而得到它们的交点，即待定位标签所在的位置。

而在本发明实施例中，由于只能知道待定位标签与两个参考标签之间大致的方向关系，如果直接取两条直线的交点来确定待定位标签的位置，则显然是不正确的，因此，在本发明实施例中，还借助了 "权值与距离之间成反比" 这一关系，最终确定出待定位标签的位置，这样可以提高定位的准确性。

综上，参见图 6, 本发明实施例提供的选择用于定位的参考标签的方法包括以下步骤：

S601 : 获取各个 RF阅读器检测到的参考标签发出的第一信号强度，及待定位标签发出的第二信号强度；

S602: 根据所述第一信号强度与第二信号强度的大小关系，确定无线射频阅读器的分界线，通过所述分界线将网络划分为第一区域及第二区域； S603: 根据所述参考标签与所述分界线的相对位置，确定所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向；

其中，在根据参考标签与分界线的相对位置，确定待定位标签相对于参考标签的估计方向时，可以将垂直于分界线且指向第二区域的方向，确定为待定位标签相对于参考标签的估计方向。

S604: 根据所述估计方向，按照指定的参考标签数目，选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

具体实现时，可以首先按照指定的参考标签数目，选择有效参考标签组。例如，指定的有效参考标签数目为三，则相当于是要进行三点定位，因此，要选择由三个参考标签组成的有效参考标签组。

其中，按照指定的参考标签数目选择有效参考标签组时，可能会选择到多个有效参考标签组，此时，还可以进一步选择出一个最优的有效参考标签组。具体的，可以根据有效参考标签组内的参考标签两两之间的欧几里德距离 E, 选择最优的有效参考标签组，例如，可以选择 E的平均值或 E的和最小的一组，作为最优的有效参考标签组，并利用该组有效参考标签，最终确定出待定位标签的位置。

当然，按照指定的参考标签数目选择有效参考标签组时，还可能会存在所有的参考标签组都无效的情况，此时，本发明实施例还可以减小该指定参考标签数目，按照减小后的参考标签数目选择有效参考标签组。

具体在选择有效参考标签组时，如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目大于或等于三，也即需要进行三点或三点以上的多点定位，则可以按照以下方式进行：按照预选择的有效参考标签组中的参考标签数目，选择参考标出的所述估计方向，是否全部指向以该各个参考标签为顶点的多边形内部，如果是，则该待确定参考标签组为有效参考标签组。

如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目为二，也即需要进行两点定位，则可以按照以下方式选择有效参考标签组：计算各个参考标签相对于待定位标签的权值；选择两个权值符合预置条件（例如最大）的参考标签组成有效参考标签组。在选择出有效参考标签组之后，就可以利用有效参考标签组进行多点定位，以确定所述待定位标签的位置。

其中，在进行三点或三点以上的多点定位时，可以釆用已有技术中的方法，来确定待定位标签的位置。

在进行两点定位时，可以釆用以下方法进行：

联立方程（6 )、（7 )得到第一方程组，求得一个解，作为一个点的坐标；联立方程（6 )、（8 )得到第二方程组，求得另一个解，作为另一个点的坐标；

取以这两个点为端点的线段的中点位置，作为待定位标签的位置。

总之，根据本发明实施例提供的无线传感器网络中的标签定位方法，由于可以利用待定位标签相对于各参考标签的估计方向进行选择，进而利用有效参考标签组对待定位标签进行定位。因此，这种定位方式不依赖于参考标签的部署密度，即使在参考标签的部署密度较低的情况下，仍然能够达到较高的定位精度。

关于上述效果的描述，可以通过实验室仿真结果得到证明。如图 7所示，其为仿真环境的部署图，其中， RF阅读器的数目为 9个，分别为 S1至 S9; 参考标签的数目为 6个，分别为 A1至 A6, B为待定位标签。其中， RF阅读器组成 3*3 , 间距为 2米的网格。通过实验可以得到以下结论：

对于参考标签比较稀疏的情况，本发明实施例的定位精度相对于传统定位方法的优势比较明显，比较结果如图 8所示。在图 8中，纵坐标代表定位误差，也即利用定位算法定位出的待定位标签的位置与待定位标签的真实位置之间的差异；横坐标代表在多次试验中，定位误差值的分布情况。图 8中可以看出，将各次试验中所有产生了定位误差的情况选出来，则经过统计发现，定位误差具有如下特点：对于传统定位方法而言，每次定位误差均小于 2.3 ,其中有 75% 小于 1.9,有 50%小于 1.5 ,有 25%小于 1.2; 而对于本发明实施例的方法而言，每次定位误差均小于 1.8, 其中有 75%小于 1.6, 有 50%小于 1.3 , 有 25%小于 1.1。可见，在各个等级中，发明实施例的定位误差都会小于传统定位方法的定位误差，优势比较明显。

而对于参考标签密集的情况，比较结果如图 9所示。可以看出，本发明实施例的定位精度与传统定位方法相当。但是，通过比较图 8与图 9可以看出，对于本发明实施例的方法而言，当参考标签稀疏与密集时，定位误差相差不多。由此可见，本发明实施例的方法受参考标签分布密度的影响较小。

与本发明实施例提供的选择用于定位的参考标签的方法相对应 ,本发明实施例还提供了一种选择用于定位的参考标签的装置，参见图 10, 该装置包括：信号强度获取单元 1001 , 用于获取各个无线射频阅读器检测到的参考标签发出的第一信号强度，及待定位标签发出的第二信号强度；

分界线确定单元 1002, 用于根据所述第一信号强度与第二信号强度的大小关系，确定无线射频阅读器的分界线，通过所述分界线将网络划分为第一区域及第二区域；

估计方向确定单元 1003 , 用于根据所述参考标签与所述分界线的相对位置，确定所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向；

参考标签选择单元 1004, 用于根据所述估计方向，按照指定参考标签数目，选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

其中，如果按照指定参考标签数目选择有效参考标签组时，存在多个有效参考标签组，则参见图 11 , 该装置还包括：

优选单元 1005 , 用于根据有效参考标签组内的参考标签两两之间的欧几里德距离，选择最优的有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

如果按照指定参考标签数目选择有效参考标签组时，不存在有效参考标签组，则参见图 12, 该装置还可以包括：

重选单元 1006, 用于减小该指定参考标签数目，按照减小后的参考标签数目选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目大于或等于三，也即进行三点或三点以上的多点定位，则参见图 13 , 参考标签选择单元 1004可以包括以下子单元：

初选子单元 10041 , 用于按照预选择的有效参考标签组中的参考标签数目，选择参考标签组成待确定参考标签组；定出的所述估计方向，是否全部指向以该各个参考标签为顶点的多边形内部 , 如果是，则该待确定参考标签组为有效参考标签组。

如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目为二，则参见图 14, 参考标签选择单元 1004包括：

计算子单元 10043 , 用于计算各个参考标签相对于待定位标签的权值；确定子单元 10044, 用于选择两个权值符合预置条件的参考标签组成有效参考标签组。

具体实现时，如果所述参考标签位于所述第一区域，则估计方向确定单元 1003 具体可以用于：将垂直于所述分界线且指向所述第二区域的方向，确定为所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向。

在本发明实施例提供的选择用于定位的参考标签的装置中，首先可以确定出待定位标签相对于各参考标签的估计方向，然后在选择有效参考标签组时，就可以利用待定位标签相对于各参考标签的估计方向进行选择，进而利用有效参考标签组对待定位标签进行定位。因此，利用这种参考标签选择方式得到的参考标签所定位出的待参考标签位置，其定位精度不依赖于参考标签的部署密度，也即，即使在参考标签的部署密度较低的情况下，仍然能够达到较高的定位精度。

本发明实施例的方法可以由通用集成电路（如中央处理器 CPU)或专用集成电路（ASIC) 执行。本发明实施例的装置、模块、单元可以是通用集成电路（如中央处理器 CPU) 或专用集成电路（ASIC) 等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：获取各个无线射频阅读器检测到的参考标签发出的第一信号强度，及待定位标签发出的第二信号强度；根据所述第一信号强度与第二信号强度的大小关系，确定无线射频阅读器的分界线，通过所述分界线将网络划分为第一区域及第二区域；根据所述参考标签与所述分界线的相对位置 ,确定所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向；根据所述估计方向，按照指定参考标签数目，选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。所述的存储介质，如： ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上对本发明所提供的一种选择用于定位的参考标签的方法及装置，进行以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

权利要求

1、一种选择用于定位的参考标签的方法，其特征在于，包括：

根据所述第一信号强度与第二信号强度的大小关系，确定所述各个无线射频阅读器的分界线，并通过所述分界线将网络划分为第一区域及第二区域；根据所述参考标签与所述分界线的相对位置 ,确定所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向；

根据所述估计方向和指定参考标签数目，选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在存在多个所述有效参考标签组的情况下，所述选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签，包括：根据所述多个有效参考标签组内的参考标签两两之间的欧几里德距离，选择最优的有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在不存在所述有效参考标签组的情况下，则所述选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签，包括：减小所述指定参考标签数目，并按照减小后的参考标签数目选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

4、根据权利要求 1至 3任一项所述的方法，其特征在于，如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目大于或等于三，则所述根据所述估计方向和指定参考标签数目，选择有效参考标签组，包括：

按照预选择的有效参考标签组中的参考标签数目，选择参考标签并组成待确定参考标签组；向，是否全部指向以所述各个参考标签为顶点的多边形内部，如果是，则确定所述待确定参考标签组为有效参考标签组。

5、根据权利要求 1至 3任一项所述的方法，其特征在于，如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目为二，所述根据所述估计方向和指定参考标签数目，选择有效参考标签组，包括：计算各个所述参考标签相对于待定位标签的权值；

选择两个所述权值符合预置条件的参考标签组成有效参考标签组。

6、根据权利要求 5所述的方法，其特征在于，如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目为二，则按照以下方式确定所述待定位标签的位置：求解得到第一点的坐标; 求解

得到第二点的坐标；将以所述第一点及第二点为端点的线段的中点位置，确定为所述待定位标签的位置；

其中：

wi为：所述有效参考标签组内的第一参考标签相对于所述待定位标签的权值；

w2为：所述有效参考标签组内的第二参考标签相对于所述待定位标签的权值；

χι为：所述第一参考标签的横坐标；

为：所述第一参考标签的纵坐标：

^为：所述第二参考标签的横坐标

为：所述第二参考标签的纵坐标

y = _Clx + 为：针对所述第一参考标签确定出的所述估计方向所在直线的函数关系式， ^Ci、为实数；

y = c₂x + ί ₂为：针对所述第二参考标签确定出的所述估计方向所在直线的函数关系式， ^C2、 ^为实数。

7、根据权利要求 1至 3任一项所述的方法，其特征在于，所述参考标签位于所述第一区域，所述根据所述参考标签与所述分界线的相对位置，确定所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向，包括：

将垂直于所述分界线且指向所述第二区域的方向，确定为所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向。

8、一种选择用于定位的参考标签的装置，其特征在于，包括：信号强度获取单元，用于获取各个无线射频阅读器检测到的参考标签发出的第一信号强度，及待定位标签发出的第二信号强度；

分界线确定单元，用于根据所述第一信号强度与第二信号强度的大小关系，确定所述各个无线射频阅读器的分界线，并通过所述分界线将网络划分为第一区域及第二区域；

参考标签选择单元，用于根据所述估计方向和指定参考标签数目，选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

9、根据权利要求 8所述的装置，其特征在于，在存在多个所述有效参考标签组的情况下，所述选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签，包括：优选单元，用于根据所述多个有效参考标签组内的参考标签两两之间的欧几里德距离，选择最优的有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

10、根据权利要求 8所述的装置，其特征在于，在不存在所述有效参考标签组的情况下，则所述选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签，包括：重选单元，用于减小所述指定参考标签数目，并按照减小后的参考标签数目选择有效参考标签组作为用于定位的参考标签。

11、根据权利要求 8至 10任一项所述的装置，其特征在于，如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目大于或等于三，则所述参考标签选择单元包括：

初选子单元，用于按照预选择的有效参考标签组中的参考标签数目，选择参考标签组成待确定参考标签组；出的所述估计方向，是否全部指向以所述各个参考标签为顶点的多边形内部，如果是，则确定所述待确定参考标签组为有效参考标签组。

12、根据权利要求 8至 10任一项所述的装置，其特征在于，如果预选择的有效参考标签组中的参考标签数目为二，所述参考标签选择单元包括：计算子单元，用于计算各个所述参考标签相对于待定位标签的权值；确定子单元，用于选择两个所述权值符合预置条件的参考标签组成有效参考标签组。

13、根据权利要求 8至 10任一项所述的装置，其特征在于，所述参考标签位于所述第一区域，所述估计方向确定单元具体用于：将垂直于所述分界线且指向所述第二区域的方向，确定为所述待定位标签相对于所述参考标签的估计方向。