一种无线多媒体传感网定位测试系统及方法

摘要

本发明的无线多媒体传感网定位测试系统，包括数据管理服务器、多个主测试装置以及多个终端测试装置，利用主测试装置上的多个定向天线和接收到的被测试节点的信号强度来实现定位。本发明的定位和测试方法包括：a).安装被测试节点；b).布设主测试装置；c).建立测试网络；d).被测试节点的数据发送；e).数据的接收和转发；f).被测试节点的角度定位；g).获取被测试节点的坐标；h).定位方法的评估。本发明的定位测试系统及方法，可通过被测试节点与定向天线的夹角和信号强度来计算节点坐标，也可通过与两个主测试装置的夹角来实现；通过比较计算方法得到的坐标与通过卫星获取坐标的差值，来评价定位计算方法的优劣。

主权项

一种无线多媒体传感网定位测试系统的定位和测试方法，无线多媒体传感网定位测试系统包括数据管理服务器、多个主测试装置以及多个终端测试装置，多媒体传感网中的被测试节点与终端测试装置经通信线连接，主测试装置与被测试节点进行自组网，主测试装置用于接收被测试节点的数据并将其转发至数据管理服务器，数据管理服务器通过对接收的数据进行分析和运算，实现被测试节点的定位并对定位方法进行分析；所述主测试装置由微控制器以及与其相连接的电源模块、卫星定位接收模块、无线收发模块、存储模块、全向天线及多个均匀分布的定向天线组成，主测试装置通过卫星定位接收模块获取自身的经纬度坐标；所述终端测试装置由微控制器以及与其相连接的电源模块、卫星定位接收模块、存储模块及与被测试节点相连接的测试节点接口组成，终端测试装置通过自身的卫星定位接收模块获取经纬度坐标；主测试装置通过全向天线和多个定向天线分别实现与终端测试装置之间的发送和接收，主测试装置通过无线收发模块将自身采集的数据和接收的终端测试装置的数据发送至数据管理服务器；数据管理服务器根据接收的数据对被测试节点进行定位并评价定位方法的准确性；其特征在于，所述的无线多媒体传感网定位测试系统的定位和测试方法，通过以下步骤来实现：a).安装被测试节点，设要完成同一平面内的定位和测试，所有主测试装置和终端测试装置位于同一平面内，将每个被测试节点通过测试节点接口安装于终端测试装置上，每个终端测试装置具有唯一标示ID，分别记为a,b,c,...；b).布设主测试装置，将参与测试的多个主测试装置布置于被测试节点所在的网络环境中，其分别标记为A,B,C,...，然后将每个主测试装置上的多个定向天线形成的天线阵列调整到合适的方向，使其与设置的天线朝向一致；c).建立测试网络，以主测试装置为中心节点、终端测试装置上的被测试节点为传感节点，通过自组网的方式建立测试网络，每个被测试节点都有一个唯一的网络SID；d).被测试节点的数据发送，被测试节点所在的终端测试装置采集自身的经纬度坐标，并通过被测试节点按照设定的时间间隔依次进行广播；e).数据的接收和转发，主测试装置接收被测试节点发送的数据，并将采集的自身经纬度坐标与接收的被测试节点发送的数据转发至数据管理服务器；f).被测试节点的角度定位，数据管理服务器接收到主测试装置发送的数据后，通过以下步骤实现对被测试节点的角度定位：f‑1).定向天线增益的确定，设主测试装置上在同一平面内均匀分布的定向天线的个数为n个，某一定向天线的增益定义为：G₁(φ)＝Gain(φ)，则沿该定向天线逆时针算起，剩余的n‑1个定向天线的增益依次为：φ为被测试节点与定向天线的夹角；f‑2).信号强度的归一化处理，设n个定向天线所接收到的同一被测试节点的信号强度分别为R₁,R₂,...,R_n；取出n个信号强度中的最大值，设为R_k，按照公式(1)将其归一化为0dBm：R_k+RSSI_nom＝0dBm  (1)对于所有的信号强度依据同样的归一化因数RSSI_nom按照公式(2)进行归一化处理：R′_i＝R_i+RSSI_nom  (2)其中，1≤i≤n；f‑3).信号强度阈值检测，判断所有归一化的信号强度是否小于最小检测信号强度阈值，如果小于，则视该信号强度无效；如果大于，则该信号强度参与被测试节点定位的计算；执行步骤f‑4)；f‑4).信号强度的排序，将剩余的归一化的信号强度按照由大到小的强度顺序依次进行排序；f‑5).求被测试节点与定向天线的夹角，取出最强的两个信号强度，设其分别为R′_k、R′_j，按照不等式(3)求出满足要求的被测试节点与定向天线的夹角φ：$\frac{R_k^{\prime }}{R_j^{\prime }}+m\le \frac{G\left(\phi \right)}{G(\phi +\alpha )}\le \frac{R_k^{\prime }}{R_j^{\prime }}+M---\left(3\right)$其中M、m分别为上限误差因子和下限误差因子；k、j为最强的两个信号强度对应的天线编号，k为具有第一强信号对应的天线编号，j为具有第二强信号对应的天线编号；α为信号强度分别为R′_k、R′_j的两个定向天线之间的夹角，其通过公式(4)进行求取：当只有一个角度满足不等式(3)时，该角度即为被测试节点与具有最强信号强度的定向天线之间的夹角；如果有多个角度满足不等式(3)，则执行步骤f‑6)；f‑6).利用次强信号强度进行计算，按照信号强度的排序，选取被取用的信号强度的后一信号强度作为R′_j，执行步骤f‑5)，直至得到一个满足要求的角度φ；当所有的有效信号强度均已使用但仍然无法得到一个唯一的角度φ，则执行步骤f‑7)；f‑7).减小上下限误差因子，减小上限误差因子M和下限误差因子m，重新执行步骤f‑5)，直至得到一个满足要求的角度φ；g).获取被测试节点的坐标，在获取被测试节点与具有最强信号强度的定向天线之间夹角的情况下，通过该定位天线所接收的信号强度的大小或者被测试天线与另两个主测试装置上定位天线的夹角，来获取被测试节点相对于主测试装置的相对坐标，再通过主测试装置的经纬度坐标获取被测试节点的经纬度坐标；h).定位方法的评估，将步骤g)中通过定位方法获取的被测试节点的经纬度坐标，与通过卫星定位接收模块获取的经纬度坐标进行比较，来评价定位方法的准确性。