基于系統(tǒng)識別的rssi定位算法

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1、第10卷第15期2010年5月科學技術與工程Vo1．10No．15May20101671．1815(2010)15·3784—04ScienceTechnologyandEnoneefing@2010Sei．Teeh．Engn~基于系統(tǒng)識別的RSSI定位算法張書朋李向陽鄧中華(華南理工大學自動化科學與工程學院，廣州510640)摘要針對無線傳感器網絡節(jié)點定位問題，分析了基于接收信號強度(RSSI)的定位算法，對無線電傳播路徑損耗理論模型進行了分析。采用系統(tǒng)辨識加權最小二乘法在線修正了信號衰減理論模型，使算法具有了普遍適用性。提出三邊定位法與質心法結合的定

2、位算法和極大似然估計法得到未知節(jié)點的估計位置。仿真結果表明，該算法減少了測距誤差，隨著節(jié)點的增加定位精度提高。關鍵詞系統(tǒng)辨識加權最小二乘法無線傳感器網絡三邊定位法極大似然估計法質心法中圖法分類號TP393．03；文獻標志碼A在無線傳感器網絡(WSN，WirelessSensorNet—dicator，RSSI)的測距是一種廉價的測距技術，其原work)技術中，位置信息對整個網絡活動是非常重要理是根據(jù)已知發(fā)射信號強度和接收節(jié)點收到的信的。對于大多數(shù)應用，不知道傳感器位置而感知的號強度，計算信號在傳播過程中的損耗，使用理論數(shù)據(jù)是沒有意義的?，節(jié)點所采集到的數(shù)

3、據(jù)必須與或經驗的信號傳播模型將傳播損耗轉化為節(jié)點間測量坐標系內的位置結合。無線傳感器網絡節(jié)的距離。其模型如式(1)：，J、點定位問題，就是根據(jù)少數(shù)已知位置的節(jié)點，利用PL(d)=PL(do)一10nlgl5“-l+占(1)、a01某種定位機制確定其他節(jié)點的位置。式(1)中，d是需要計算的未知節(jié)點到信標節(jié)點的目前的定位算法從定位手段上分兩大類，基于測距離，n為路徑損耗指數(shù)，依賴于周圍的環(huán)境和建筑距算法(range-based)和無需測距算法(mnge—類型，PL()表示未知節(jié)點接收到的信號強度，free)[33?；跍y距算法通過測量節(jié)點間的距離或角PL(d

4、o)表示參考距離處的信號強度，表示參度信息，使用三邊測量、三角測量或極大似然估計定考節(jié)點到信標節(jié)點的距離，表示誤差項。位法計算節(jié)點位置。常用的測距技術有RSSI，TOA，1．1系統(tǒng)辨識環(huán)境參數(shù)TDOA和AOA；無需測距定位算法則不需要距離和角由上述理論公式可知，如果要從PL(d)和度信息，根據(jù)網絡連通性等信息來實現(xiàn)節(jié)點定位。PL(do)這兩個測量值得到節(jié)點間的距離d，就首先本文將基于RSSI的定位展開討論。在充分研究了基于測距算法的基礎上，通過對無線電傳播路要知道環(huán)境參數(shù)凡和。是由網絡所在環(huán)境決定徑損耗模型的分析，提出了針對環(huán)境參數(shù)在線辨識的，在一般的文

5、獻中被認為是零均值的高斯分布]。但是在多次的實驗測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，并不的定位算法。一定是滿足零均值的高斯分布。因此在實際的應1算法模型描述用環(huán)境中，由于溫度、傳播方式、障礙物等因素影響，必須對RSSI信號傳播理論模型的參數(shù)在線辨基于接收信號強度(ReceivedSignalStrengthIn一識。如果不對信號傳播理論模型參數(shù)辨識而根據(jù)201o年3月8日收到經驗隨機設置，這個模型可能無法適合該網絡所在第一作者簡介：張書朋(1983一)，男，碩士研究生，研究方向：無線的環(huán)境，進而導致接收的RSSI值無法和節(jié)點間的距傳感器網絡定位。離正確對應起來，造成很大的誤

6、差，該算法也不具l5期張書朋，等：基于系統(tǒng)識別的RSSI定位算法3785有普遍使用性。在無線傳感網絡中，理論上通過未知節(jié)點與3我們引入系統(tǒng)辨識的理論對模型參數(shù)進行辨?zhèn)€參考節(jié)點的距離就可用三邊測量法算出它的位識。在環(huán)境中利用信標節(jié)點，或者預先設置若干節(jié)置，在實際應用環(huán)境中，因為RSSI衰減無規(guī)律性，無點，這些節(jié)點的坐標已知(即距離已知)。測量相互法精確計算未知節(jié)點位置，所以可以考慮用質心間的信號衰減強度，利用這些預先得到的數(shù)據(jù)做更法來改善定位精度。定位方法如圖1所示。進一步的辨識。把式(1)變形如下：y(k)=()+b=h(Ji})0(2)式(2)中y()

7、=PL(dk)一PL(do)，(矗)=10lg(妻)，一’6～)=Ix)1CB0=[0b】。一般來說，測距誤差與距離的長度成不等比例圖1三邊定位法增長，即距離越大測距誤差越大]，所以我們采用首先取BC邊來考慮，當一個未知節(jié)點U收到加權最小二乘法(WLS，WeightedLeastSquares)對環(huán)信標節(jié)點B，C發(fā)出的定位信號時，根據(jù)RSSI值和境參數(shù)辨識，加權系數(shù)A()=／"，0

8、到第3個信標節(jié)點A發(fā)出的定位信『(1)1]號時，可以得到d=L。通過比較式(3)