专利名称：一种基于快速查表的wsn定位方法
技术领域：
本发明涉及一种基于快速计算技术的WSN定位方法，属于无线传感网定位技术领域。
背景技术：
无线传感网具有广阔的应用前景，但它的能量问题一直制约其大规模发展。无线传感节点大多采用电池供电，电量十分有限；另外传感节点数目多、成本要求低廉、分布区域广，所以通过频繁更换电池来补充能源是不现实的。受能量和节点体积大小限制，其计算能力也十分有限。因此节点的定位方法必须符合节能要求才有应用价值。无线传感器网络节点自身定位方法按照不同角度可以有多种分类方法，如绝对定位和相对定位、集中式计算与分布式计算、基于测距和距离无关的定位等。距离无关的算法定位精度相对较低，基于测距的算法依据测量节点间距离和方位主要有基于无线信号到达时间测距(Τ0Α)、利用信号到达时间差测距(TDOA)以及接收信号角度(AOA)和接收到的信号强度指示(RSSI)进行定位。基于测距的定范围计算量大，能耗高。现在基于查表的RSSI定位普遍应用在一维环境，应用范围十分有限。而基于RSSI 的“指纹”定位虽然能在二维环境定位，但其把距目标节点最近的参考点坐标作为目标节点坐标，这种方法难以保证定位精度。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种基于快速查表的 WSN定位方法，实现低能耗和低计算量下的快速定位。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案 一种基于快速查表的WSN定位方法，包括如下步骤
步骤1，采用经验模型和理论模型建立哈希表，具体步骤如下 1-1，依无线传感网的区域建立二维坐标，分别设坐标原点a、坐标横向端点b为基站； 1-2，在二维坐标内设置η个已知坐标的参考节点，每个参考节点分别接收来自a、b两个基站的信号，同时分别获得a、b两个基站的信号强度值；其中η为正整数；
1-3，将每个参考节点获得的两个基站的信号强度值先分别平方后再相加生成Key ； 1-4，在二维坐标内按固定间距设置m个已知坐标的参考节点，所述参考节点与步骤 1-2的参考节点不重合；采用信号衰减模型推导得到坐标与节点信号强度值的关系，在二维坐标中画出关于节点信号强度值随坐标变化的曲线，m为正整数；
1-5，根据步骤1-4中生成的曲线，通过参考节点坐标找到信号强度值，执行步骤1-3 ； 1-6，对所有参考节点生成的Key进行排序，使得各点按Key升序排列；
1-7，将Key按一维结构体数组方式依次储存在文本中，建立哈希表； 步骤2，通过检索哈希表实现未知移动节点的定位，具体步骤如下
2-1，采用a、b两个基站通过网关接收到无线传感网中未知移动节点的信号，根据该未知移动节点相对a、b两个基站的信号强度值，按照步骤1-3的方法生成目标Key ；
2-2，将生成的目标Key与步骤1_7所述哈希表中的Key依次比对，直至找到比目标Key 大的值，记录下出现相同Key的个数；
2-3，在相同Key的记录中，比对a、b两个基站的信号强度值，实现冲突处理，找到未知移动节点的坐标值，实现未知移动节点的定位。进一步的，本发明的基于快速查表的WSN定位方法，步骤1-4中所述一维结构体数组方式的内容包括Key、信号强度值、二维坐标值。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
本方法可以大幅降低定位过程中的计算量、信号传输量。并能在短时间内多次查表取得坐标，以提高定位精度。只需要一次比对，即可找到目标值坐标，从而降低了计算量，相比基于测距的定位方法降低了能耗、缩短了时间。在RSSI基础上，引入二维哈希(Hash)表，采用理论模型与经验模型相结合的方法，利用二维哈希表，快速查表定位。在提高定位精度同时提高了定位速度，实现二维定位。


图1是本发明的Key生成示意图。图2是本发明的一维结构体数组方式示意图。图3是本发明的定位示意图。图4是本发明的流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明
本发明包括建立哈希表和检索哈希表两部分事先建立的哈希表中储存了二维坐标与信号强度生成Key的对应关系。检索哈希表包括通过信号强度生成Key，检索表格，如果有相同的Key则进行冲突处理。一、建立哈希表。如图1所示，RSSI_a和RSSI_b分别为收到的a、b两个基站信号强度值在已知坐标的参考点(事先设定)接收基站节点信号强度值RSSI_a和RSSI_b，参考点之间部分通过信号衰减模型推导得到坐标与RSSI_a和RSSI_b ；将信号强度值RSSI_a和RSSI_b分别平方再相加生成Key。然后对Key进行排序，使得各点按Key升序排列，并以图2所示的方式按一维结构体数组方式依次储存在文本中，其中，X，Y为节点坐标。如图3所示，本发明设定的定位区域为室内仓库，仓库长宽均为D，建立二维坐标系。图中黑色点(Siijc)为已知坐标的固定锚节点，视为基站；基站周期发射定位信标，目标节点接收后根据检测的信号强度发送给网关，进行连续定位。图中的圆点为在运动轨迹上随机或均勻分布的参考点，三角点为未知坐标的用户节点，这是经验模型。对应于步骤 1-2 至 1-3。根据无线信号衰减模型，如对数-常态分布模型可以得到基站信号强度随用户位置的变化情况，随着目标节点与基站距离的增加，信号强度的不断减少是单调变化。因此可以通过建立的衰减模型找到基站与移动节点的信号强度和距离的对应关系，这是理论模
4型。对应于步骤1-4至1-5。结合经验模型与理论模型即可建立二维哈希表。二、检索哈希表。如图4所示，首先，接收未知移动节点关于基站a、b的信号，然后将信号a’和信号 b’的信号强度值RSSI_a’和RSSI_b’分别平方再相加生成目标Key。其次，依次将目标Key比对哈希表中的Key，直到找到比目标Key大的值，记录下出现相同Key的个数，图中N为找到的相同Key的个数。将未知移动节点的信号强度值RSSI_a’、RSSI_b’分别与相同Key的记录中的 RSSI_a和RSSI_b进行比对，找到信号强度值相同的Key，实现冲突处理，从而找到未知移动节点的坐标，实现未知移动节点的定位。按这种方法只需要一次比对，即可找到目标值坐标，从而降低了计算量。
权利要求
1.一种基于快速查表的WSN定位方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤1，采用经验模型和理论模型建立哈希表，具体步骤如下1-1，依无线传感网的区域建立二维坐标，分别设坐标原点a、坐标横向端点b为基站； 1-2，在二维坐标内设置η个已知坐标的参考节点，每个参考节点分别接收来自a、b两个基站的信号，同时分别获得a、b两个基站的信号强度值；其中η为正整数；1-3，将每个参考节点获得的两个基站的信号强度值先分别平方后再相加生成Key ； 1-4，在二维坐标内按固定间距设置m个已知坐标的参考节点，所述参考节点与步骤 1-2的参考节点不重合；采用信号衰减模型推导得到坐标与节点信号强度值的关系，在二维坐标中画出关于节点信号强度值随坐标变化的曲线，m为正整数；1-5，根据步骤1-4中生成的曲线，通过参考节点坐标找到信号强度值，执行步骤1-3 ； 1-6，对所有参考节点生成的Key进行排序，使得各点按Key升序排列；1-7，将Key按一维结构体数组方式依次储存在文本中，建立哈希表； 步骤2，通过检索哈希表实现未知移动节点的定位，具体步骤如下2-1，采用a、b两个基站通过网关接收到无线传感网中未知移动节点的信号，根据该未知移动节点相对a、b两个基站的信号强度值，按照步骤1-3的方法生成目标Key ；2-2，将生成的目标Key与步骤1_7所述哈希表中的Key依次比对，直至找到比目标Key 大的值，记录下出现相同Key的个数；2-3，在相同Key的记录中，比对a、b两个基站的信号强度值，实现冲突处理，找到未知移动节点的坐标值，实现未知移动节点的定位。
2.根据权利要求1所述的基于快速查表的WSN定位方法，其特征在于步骤1-7中所述一维结构体数组方式的内容包括Key、信号强度值、二维坐标值。
全文摘要
本发明公开了一种基于快速查表的WSN定位方法，包括建立哈希表和检索哈希表两部分，事先建立的哈希表中储存了二维坐标与信号强度生成Key的对应关系；检索哈希表包括通过信号强度生成Key，检索哈希表，如果有相同的Key则进行冲突处理。本发明在RSSI基础上，引入二维哈希(Hash)表。采用理论模型与经验模型相结合的方法，利用二维哈希表，快速查表定位。在提高定位精度同时提高了定位速度，实现二维定位。可以大幅降低定位过程中的计算量、信号传输量。
文档编号G01S5/00GK102202393SQ20111011927
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者陆琪, 陈国庆 申请人:苏州两江科技有限公司