一种基于加速度传感器的无线传感器网络节点定位方法

摘要

一种基于加速度传感器的无线传感器网络节点定位方法，其中，传感器节点通过相互协作对网络监测区域当中对象的信息进行感知和采集，系统对这些信息进行一定的处理，最后通过随机自组织的无线通信网络，以多跳中继的方式传送给用户，从而实现远距离大范围监测的目的。传感器网络节点定位是传感器网络技术中的重要和基础技术。本方法提出了一种利用加速度传感器实现用一个锚节点来定位未知节点的方法。通过把一个安装有加速度传感器的可移动无线传感器网络节点作为锚节点，给定其一个初始点，让它在节点布置区域内运动，则该节点可以得到它在运动路径中的任何一点的坐标，从而实现一个利用一个锚节点来实现多个锚节点的功能从而完成未知节点定位。

主权项

一种基于加速度传感器的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于该方法具体流程如下：步骤1).设计基于无线传感器网络的节点定位系统，该定位系统包含三种节点：若干数目未知节点，一个锚节点，一个网关节点，每个节点分配不同的ID号和物理地址；步骤2).设计定位系统的未知节点：由无线zigbee收发功能的节点组成，节点上所用的核心芯片是Atmel公司的CC2430芯片，该芯片用在Zigbee网络中；步骤3).未知节点随机布置在某个平面区域内，未知节点启动等待接收锚节点信号的任务，节点之间通过多跳传输把从传感器采集的信息发送到网关节点上，网关节点再把信息发送到上位机；步骤4).把安装有加速度传感器的可移动节点作为锚节点，加速度传感器能以很高的精度获取节点在横轴，纵轴，竖轴，即X，Y，Z三个坐标轴的加速度值，加速度传感器的引脚输出是模拟值，所以通过CC2430芯片的模拟/数字转换器ADC来读取加速度值，并且在它们之间设计了滤波电路；步骤5).给定一个已知位置的点作为锚节点运动的起始点，在初始点建立适当的平面坐标系，锚节点开始在节点区域中移动，移动中锚节点以很短的周期读取加速度传感器的值，并计算与初始点的位移，从而可以得到锚节点的坐标，锚节点周期性地向未知节点广播其坐标；锚节点计算位移时所使用的是牛顿第二定律，即对获取的加速度曲线进行积分，设对加速度传感器的采样周期是Δt，Δt应该是很小的一个值，以增加计算的位移的精度，当前采样的加速度值经过滤波器滤除噪声后的值为αt，则当前的位移St＝S_t‑1+Δt*αt；步骤6).锚节点发送信息和未知节点接收信息阶段：锚节点在移动过程中周期性地广播其所处位置的瞬时坐标，锚节点均匀地在区域内移动，以保证未知节点能够接收多个不同坐标位置的锚节点的广播数据包；步骤7).未知节点定位过程：未知节点接收到3个来自锚节点的信号时，等待一段时间，如果再次接收了锚节点的信号则重复该过程直到达到接收数目上限，否则用接收到的信号来实现定位算法；接收信号时未知节点获得信号的RSSI值，每个RSSI值通过如下高斯信道模型转换为未知节点和锚节点之间的直线距离d_iP_r[dBm]＝p₀[dBm]‑10ηlogd+X_σ   公式1其中p_r是未知节点接收的信号功率，p₀是未知节点距锚节点为1米时接收到的信号功率，d是未知节点与锚节点的真实距离，η是信道衰落指数，其大小依赖于传播环境，一般数值为2～3，X_σ是均值为0，方差为σ²的高斯噪声，是信道的随机分量；RSSI值通过上述公式1可转换为未知节点和锚节点之间的直线距离d_i，i表示接收的第i个锚节点信号；获取了RSSI值之后未知节点通过加权质心定位算法计算其坐标位置；步骤8)定位结果发送阶段：未知节点计算出了自身坐标后通过多跳方式将包含坐标信息的数据包发送到网关节点上；网关节点可进行网络协议的转换，将Zigbee网络发来的数据转换在TCP/IP网络中传输，最终将数据上传到控制中心；控制中心的上位机就监视各个未知节点的坐标信息；上位机将坐标系进行转换，定位中使用的是在初始点上建立的坐标系，上位机将其转换成其他坐标系的位置信息。