一種低功耗的無線傳感器網絡節點定位系統及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于網絡節點定位技術領域，具體涉及一種低功耗的無線傳感器網絡節點 定位系統及其方法。
【背景技術】
[0002] 無線傳感器網絡（Wirelesssensornetworks,WSNs)是綜合了嵌入式計算技術、 遙感測控技術、無線通信技術和分布式信息處理技術等多個學科，交叉發展而成的軍民兩 用戰略高新技術，是物聯網技術的核心，是新一代信息技術革命的重要推動力。無線傳感器 網絡由大量分布式無線傳感器節點（Mote)構成，實時對環境或目標監測，感知、采集相關 fg息。
[0003] 無線傳感器可隨機布設，以無線方式構成蜘蛛網狀傳感器網絡，具有無數個可以 雙向傳送信息的路徑，不需要固定網絡支持，具有快速展開，抗毀性強等獨特優點；與無線 自組網（MobileAdHocNetworks,MANETs)不同，由于受到成本以及體積等原因的限制，無 線傳感器節點的處理能力、通信帶寬以及電池容量等資源更為有限。尤其是在多數應用中， 傳感器節點的能量無法得到補充（如被部署在敵后或者環境惡劣的地區），如何有效利用 能源，延長網絡的工作壽命成為設計的關鍵因素，高效節能技術成為研究熱點。
[0004] 無線傳感器網絡有自組織、多跳路、動態拓撲等特點，節點之間通信采用中間節 點跳轉路由實現。由于節點之間是對等網絡，節點定位技術是無線傳感器網絡的關鍵技 術之一。現階段常用的定位方法主要有基于測距的（Range-Based)方法和基于不測距的 (Range-fre)方法。
[0005] 基于測距的定位機制通過測量錨點和未知節點之間的距離或者角度信息，再使用 數學方法計算未知節點的位置，具體方法有信號強度測距法、到達時間及時間差測距法、時 間差定位法、到達角定位法等。由于測距法需要附加超聲波發射器、陣列天線等硬件結構， 且測試過程復雜，一般應用較少。
[0006] 不基于測距的算法不需要直接測量距離，通過信標轉發時計算跳數等方法實現粗 精度的定位機制然，對大多數無線傳感器網絡的應用已經足夠。在成本和功耗方面比基于 測距的方法具有優勢。一般有質心法、基于距離矢量計算跳數的算法（DV-Hop)、無定形的 (Amorphous)算法和以三角形內的點近似定位（APIT)算法等。
[0007]目前無線傳感器網絡節點定位技術整體尚處于初步研究階段，主要研究成果基本 是基于網絡拓撲方向，對節點級別的研究尚有不足。
【發明內容】
[0008] 本發明目的之一在于提供一種低成本、低功耗、高效率運行的低功耗的無線傳感 器網絡節點定位系統及方法。
[0009] 本發明提供的一種低功耗的無線傳感器網絡節點定位系統，包括電源模塊、電源 管理模塊、無線傳感器模塊、MCU模塊、AGC模塊、射頻功率放大器、無線收發器和天線；
[0010] 所述電源模塊通過所述電源管理模塊連接所述MCU模塊，所述無線傳感器模塊連 接所述MCU模塊，所述MCU模塊通過所述AGC模塊連接所述射頻功率放大器，所述射頻功率 放大器通過所述無線收發器連接所述天線；
[0011] 所述電源模塊，用于提供電源；
[0012] 所述電源管理模塊，用于檢測電源的儲能情況，并將檢測結果發送給MCU模塊；
[0013] 所述MCU模塊，用于控制所述AGC模塊的增益以及節點的工作模式；
[0014] 所述AGC模塊，用于根據所述MCU模塊的控制指令控制信號的發射功率；
[0015] 所述射頻功率放大器，用于放大收發信號的功率；
[0016] 所述無線收發器和天線，用于無線數據傳輸。
[0017] 本發明還提供了一種低功耗無線傳感器網絡節點定位方法，包括如下步驟：
[0018] 步驟1 :MCU模塊控制AGC模塊依次將攜帶自身錨點地址以不同功率信息發射給射 頻功率放大器；
[0019] 步驟2 :所述射頻功率放大器將所述信息增益后通過無線收發器和天線進行廣 播；
[0020] 步驟3 :收到所述廣播信息的未知節點將含本節點地址的廣播信息通過所述天線 發送給所述無線收發器；
[0021] 步驟4 :所述MCU模塊根據接收到的所述廣播信息的先后次序完成所述未知節點 的位置標注，并濾除已經完成標注的節點。
[0022] 本發明的有益效果在于：本發明增加了AGC模塊，可以使得節點間通信的功耗以 及定位由以前的固定值，變成可以靈活變換的值，由此及可以減小能量損耗，也可以使得網 絡的定位更加靈活、智能化；電源管理模塊通過檢測電源的儲能情況，來決定節點的工作模 式，從而降低系統能耗，延長網絡的生命周期。
【附圖說明】
[0023]圖1所示為本發明低功耗的無線傳感器網絡節點定位系統結構示意圖。
[0024] 圖2所示為實施例1中單錨點下定位搜索結果示意圖。
[0025] 圖3所示為實施例2中多錨點下定位搜索結果示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下文將結合具體實施例詳細描述本發明。應當注意的是，下述實施例中描述的技 術特征或者技術特征的組合不應當被認為是孤立的，它們可以被相互組合從而達到更好的 技術效果。
[0027] 如圖1所示，本發明提供的一種低功耗的無線傳感器網絡智能節點，包括電源模 塊1、電源管理模塊2、無線傳感器模塊3、MCU模塊4、AGC模塊5、射頻功率放大器6、無線收 發器7和天線8 ;
[0028] 電源模塊1通過電源管理模塊2連接MCU模塊4,無線傳感器模塊3連接MCU模塊 4，MCU模塊4通過AGC模塊5連接射頻功率放大器6,射頻功率放大器6通過無線收發器7 連接天線8 ;
[0029]電源模塊1，用于提供電源；
[0030] 電源管理模塊2,用于檢測電源的儲能情況，并將檢測結果發送給MCU模塊4 ;
[0031]MCU模塊4,用于控制AGC模塊5的增益以及節點的工作模式；
[0032] AGC模塊5,用于根據MCU模塊4的控制指令控制信號的發射功率；
[0033] 射頻功率放大器6,用于放大收發信號的功率；
[0034] 無線收發器7和天線8,用于無線數據傳輸。
[0035] 該智能節點采用了自動增益控制（AutomaticGainControl,簡稱AGC)模塊，AGC 模塊5能夠加大或者縮小收發功率，實現該節點的無線數據收發覆蓋距離的變化，從而可 以實現以單節點為錨點的節點定位技術。AGC模塊5具有自動切換的功能，完成發射和接收 不同功能的切換。在發射時，MCU模塊4根據需要進行預放大或者預縮小增益操作，以單位 倍數（dBm)為步進完成調節，或者直接預制到一定增益值，加大或縮小發射增益。接收信號 時，AGC模塊5主要完成對接收靈敏度的調節，通過增加或者減小接收靈敏度，實現對強度 不一的信號捕捉和通信。
[0036] MCU模塊4可根據