基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法與流程
2023-04-26 13:31:26 2
本發明涉及無線網絡測距
技術領域：
，更具體地說，涉及一種基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法。
背景技術：
：我國做為畜牧業大國，隨著畜牧業規模不斷擴大，實現牧群的集體現代化、智能化管理是社會發展的必然趨勢。在大規模農業放牧中，對牛群、羊群的位置監控是最為耗時、耗力的一個環節，傳統放牧的方式依賴人和犬只對牛羊群位置進行監控，往往需要放牧人員跟隨牧群移動，這要求人員時時刻刻都要保證對牧群的監控。當牧群中個體數量超過一定數時，需要更多的放牧人員進行實時監控，大大增加了對勞動力的需求，對於監控的準確度取決於放牧人員本身的經驗和狀態。為了解決上述問題，對動態粒子群的各類定位方法應運而生。傳統方法是讓主粒子攜帶GPS定位裝置，但是這種方法有如下缺陷：監控人員只能通過主粒子的位置信息去估計整個動態粒子群的大致位置，無法對每一個粒子進行有效監控。如果讓粒子群中每一個粒子都攜帶GPS定位裝置，GPS設備價格較高，會增加成本。且GPS設備之間無法組織成有效網絡，針對大規模粒子群時，無法形成有效管理。另一種方法是設置電子圍欄，當有粒子觸碰邊界時發出信號，從而控制粒子在規定範圍內。這種方法顯然不適合動態移動的粒子群。因此，現有技術亟待有很大的進步。技術實現要素：本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述的缺陷，提供一種基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法，包括步驟：S1、協調器接受每個粒子所測量到的其他粒子信號強度信息，生成距離值並構造拓撲網絡，確定邊沿處的粒子作為終端，邊沿內的粒子作為路由器，配置網絡的信道和網絡標示符，完成網絡地址分配；S2、路由器綁定節點，承擔中轉和中繼功能，使邊沿信息能夠傳輸到協調器；S3、在整個粒子群中三個粒子以上增添GPS定位裝置，根據這三個粒子的GPS絕對位置確定整個網絡的絕對位置，推導出每個粒子的絕對位置信息。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法中，所述步驟S1包括步驟：S11、協調器按周期T1進行廣播發出自身編號信息，並負責接收每個子路由器所發送本身的信號強度值與其編號信息，還需要接受每個子路由器所發送的其接受收到的其餘子路由器的信號強度值和成員編號，然後將該信息發送至嵌入式平臺上。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法中，所述步驟S2包括步驟：S21、路由器按周期T1進行廣播發出自身編號信息，接受其餘子路由器和協調器所發出編號信息，並讀取接收信號強度值(RSSI)，然後將其接受收到的其餘子路由器的信號強度值和路由器編號按周期T2發送至協調器上；S22、子成員攜帶的LED模塊，在其供電模塊電量低於20％時，以f1頻率進行閃爍，提示用戶更換供電模塊，當個體脫離群體時LED模塊以f2頻率進行閃爍。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法中，所述嵌入式平臺安裝在首領粒子成員處，所述嵌入式平臺攜帶有GPS模塊、GPRS模塊、LCD模塊，負責將信號強度值和成員編碼信息進行校驗，如果從協調A到子路由器B的信號強度值P(AB)與從子路由器B到協調A的信號強度值P′(BA)兩者差值的絕對值大小超過閾值ΔR，則捨棄該兩項的信號強度值，否則保留兩項接近的信號強度值並取平均值Pr做為從A端點到B端點的信號強度值，以此類推，每兩個成員之間的信號強度值都將得到校驗並獲得平均的信號強度值。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法中，所述動態粒子工作狀態為周期性地向周圍發射無線信號，其它粒子根據測距算法測量與本粒子的距離。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法中，所述動態粒子工作狀態為把與其它粒子的距離發送到網絡中協調器，以構造拓撲網絡。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法中，所述終端用於周期性地向周圍發射無線信號。相應地，本發明還公開了一種基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法的系統，包括：依次網絡連接的協調器節點、路由器節點和終端節點、GPS定位裝置，所述協調器負責接受每個粒子所測量到的其他粒子信號強度信息，生成距離值並構造拓撲網絡，確定邊沿處的粒子作為終端，邊沿內的粒子作為路由器，配置網絡的信道和網絡標示符，完成網絡地址分配；所述路由器綁定節點，承擔中轉和中繼功能，使邊沿信息能夠傳輸到協調器；所述GPS定位裝置設於整個粒子群中三個粒子上。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控系統中，還包括通過網絡連接的ZigbeeCC2530模塊、GSM/GPRS模塊、嵌入式模塊、LCD模塊、LED模塊、電源模塊，所述ZigbeeCC2530模塊在粒子群體中包括1個協調器首領粒子成員攜帶1個協調器，其餘大於1個子粒子體成員分別攜帶大於1個路由器。在本發明所述的基於無線網絡測距的動態粒子群監控系統中，所述終端、協調器的工作狀態為周期性地向周圍發射無線信號，所述協調器的工作狀態為周期性地向周圍發射無線信號或把與其它粒子的距離發送到網絡中協調器。實施本發明的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法，具有以下有益效果：可以在群體移動的牧群或集體中計算每個路由器相對於協調器的距離和路由器之間的距離，可獲取群體精確的經緯度位置，為群體定位提供參考，用戶可以實時監控牧群狀態。附圖說明下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：圖1是本發明基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法的拓撲結構示意圖。具體實施方式為了解決牛羊群在放牧過程中，集體中的每個個體都處於不斷且沒有規律的移動中，並需要保證任意個體都能夠將信息有效的傳輸至用戶處，防止某個個體的丟失從而造成網絡通訊的中斷，因此選擇支持多跳、多路徑和可修復的Zigbee網狀網絡。網狀網絡與樹狀網絡類似，網狀網絡中任意兩個路由器能夠直接通信，且具有路由功能的節點不用沿著樹節點來通信而直接可以把信息發送給其他路由節點，保證信息傳輸的有效性，使得每一個節點都能將信息傳遞至目的節點處。增加了網絡的健壯性，當某個節點丟失時，從源節點到達目的節點會有多條備用路徑，也可以有效增加網絡傳播範圍，滿足放牧時，牧群中個體之間的距離隨機變化的影響。請參閱圖1，為本發明基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法的拓撲結構示意圖。如圖1所示，在本發明第一實施例提供的基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法中，一種基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法，其特徵在於，包括步驟：S1、協調器接受每個粒子所測量到的其他粒子信號強度信息，生成距離值並構造拓撲網絡，確定邊沿處的粒子作為終端，邊沿內的粒子作為路由器，配置網絡的信道和網絡標示符，完成網絡地址分配；S11、協調器按周期T1進行廣播發出自身編號信息，並負責接收每個子路由器所發送本身的信號強度值與其編號信息，還需要接受每個子路由器所發送的其接受收到的其餘子路由器的信號強度值和成員編號，然後將該信息發送至嵌入式平臺上；S2、路由器綁定節點，承擔中轉和中繼功能，使邊沿信息能夠傳輸到協調器；S21、路由器按周期T1進行廣播發出自身編號信息，接受其餘子路由器和協調器所發出編號信息，並讀取接收信號強度值(RSSI)，然後將其接受收到的其餘子路由器的信號強度值和路由器編號按周期T2發送至協調器上；S22、子成員攜帶的LED模塊，在其供電模塊電量低於20％時，以f1頻率進行閃爍，提示用戶更換供電模塊，當個體脫離群體時LED模塊以f2頻率進行閃爍；S3、在整個粒子群中三個粒子以上增添GPS定位裝置，根據這三個粒子的GPS絕對位置確定整個網絡的絕對位置，推導出每個粒子的絕對位置信息。嵌入式平臺是該系統的核心控制部分，優選地，嵌入式平臺安裝在首領粒子處，平臺攜帶有GPS模塊、GPRS模塊、LCD模塊，負責將信號強度值和成員編碼信息進行校驗，如果從協調A到子路由器B的信號強度值P(AB)與從子路由器B到協調A的信號強度值P′(BA)兩者差值的絕對值大小超過閾值ΔR，則捨棄該兩項的信號強度值，否則保留兩項接近的信號強度值並取平均值Pr做為從A端點到B端點的信號強度值，以此類推，每兩個成員之間的信號強度值都將得到校驗並獲得平均的信號強度值。利用3個子成員其編碼為B、C、D，並獲取完成校驗後的成員間的信號強度值Pr(BC)、Pr(CD)、Pr(BD)。將校驗完成後的信號強度平均值Pr(BC)、Pr(CD)、Pr(BD)轉換為BC、CD、BD兩個成員(發射端與接收端)間的距離值d(BC)、d(CD)、d(BD)。d由下列計算式得Pr(d)＝PA-10nlgd式中，PA為信號傳輸1m遠接收端接收的信號功率(dBm)，n為路徑損耗指數，其值與定位環境相關，d為發射端與接收端之間的距離(m)，Pr(d0)為接收節點的信號功率(dBm)。根據距離值d(BC)、d(CD)、d(BD)，帶入下列計算式，可得子成員B、C、D組成的三角形的內角∠B、∠C、∠D的角度大小。cosB=d2(BC)+d2(BD)-d2(CD)2d(BC)d(BD)cosC=d2(BC)+d2(CD)-d2(BD)2d(BC)d(CD)cosD=d2(CD)+d2(BD)-d2(BC)2d(CD)d(BD)]]>同理利用3個子路由器C、D、E與D、E、F最終到F、G、H得到相應的三角形，最終組成的拓撲結構示意圖參閱圖1所示的協調器與子路由器所構成的網狀結構。利用下列三種情況判斷子成員狀態：a)參閱圖1所示子路由器B，當t1時刻從協調器A到子路由器B的距離為d1(AB)，下一個時刻t2＝t1+T2時兩個成員A到B的距離為d1(AB)，當d1大於警戒距離Dr，但子路由器B搜索的其餘成員信號數量多於等於3個時，如果兩個時刻距離之差Δd＝d1-d1大於0時，則向用戶發出預警信息，信息內容包括當前時間、經緯度位置，以及即將丟失子成員編號B。b)當t1時刻從協調器A到子路由器的距離為d1，當d1大於警戒距離Dr，且子路由器搜索的其餘路由器信號數量少於3個時，向用戶發出預警信息，信息內容包括當前時間、經緯度位置，以及即將丟失路由器編號，參閱圖1所示子路由器K。c)當前t1時刻與下一時刻t2＝t1+T2，首領A通過任意路由器無法檢測到子成員的廣播信號，則認為子成員處於脫離群體狀態，參閱圖1所示子成員G。GPS模塊採集經緯度位置信息，全球標準時間，確定牧群中協調器以及部分路由器的位置。並按周期T3進行刷新存儲在嵌入式晶片上。參閱圖1，在路由器D、E、H上分別安裝1部GPS模塊，用來檢測整個群體的運動方向如圖1所示箭頭，以及其餘節點的絕對位置。LCD模塊負責顯示經緯度位置信息，全球標準時間，組網信息，以及供電模塊電量。其中組網信息包括所有路由器編號與協調器的距離、成員拓撲關係、丟失成員編號、即將丟失成員編號。GPRS模塊負責將放牧群體和遠端的客戶連接起來，實現用戶的遠程實時監控，當用戶通過GPRS向嵌入式晶片發出查詢組網信息、經緯度信息、標準時間指令時，則將相關信息發至用戶手機上，當嵌入式平臺供電模塊電量少於20％，通過簡訊向用戶發出嵌入式平臺低電量警示。本發明還公開了一種基於無線網絡測距的動態粒子群監控方法的系統，包括：依次網絡連接的協調器節點、路由器節點和終端節點、GPS定位裝置，所述協調器負責接受每個粒子所測量到的其他粒子信號強度信息，生成距離值並構造拓撲網絡，確定邊沿處的粒子作為終端，邊沿內的粒子作為路由器，配置網絡的信道和網絡標示符，完成網絡地址分配；所述路由器綁定節點，承擔中轉和中繼功能，使邊沿信息能夠傳輸到協調器；所述GPS定位裝置設於整個粒子群中三個粒子上。優選地，所述基於無線網絡測距的動態粒子群監控系統還包括通過網絡連接的ZigbeeCC2530模塊、GSM/GPRS模塊、嵌入式模塊、LCD模塊、LED模塊、電源模塊，所述ZigbeeCC2530模塊在粒子群體中包括1個協調器首領粒子成員攜帶1個協調器，其餘大於1個子粒子體成員分別攜帶大於1個路由器。所述終端、協調器的工作狀態為周期性地向周圍發射無線信號，所述協調器的工作狀態為周期性地向周圍發射無線信號或把與其它粒子的距離發送到網絡中協調器。本發明有如下創新點：(1)使用了Zibgee網狀網絡技術，傳感器網絡的節點隨機分布,不依靠全局的基礎設施例如錨節點等協助測距，加大了測距範圍。自組織網絡也適應目標和環境的變化。(2)子成員之間可以通過互相讀取信號,能夠通過節點之間的信號強度值校驗來排除非正常信號值，從而減小誤差的影響,提高子成員間測距精度和可靠性。(3)利用成員與成員的信息互相採集，在子成員間建立多個三角形結構，有多個三角形組成較為穩定的拓撲結構，最後得到的成員間的拓撲結構很穩定。本發明通過以上實施例的設計，可以做到在群體移動的牧群或集體中計算每個路由器相對於協調器的距離和路由器之間的距離，可獲取群體精確的經緯度位置，為群體定位提供參考，用戶可以實時監控牧群狀態。本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發明範圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合，可對本發明進行諸多修改而不脫離其保護範圍。因此，本發明並不限於在此公開的特定實施例，而包括所有落入到權利要求保護範圍的實施例。當前第1頁1 2 3