無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于rssi差值的改進(jìn)定位算法

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1、第47卷第3期廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.47No.32008年5月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)May2008無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于RSSI差值的改進(jìn)定位算法3徐燕,石江宏,吳曉芳(廈門大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建廈門361005)摘要:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的許多應(yīng)用都需要知道節(jié)點(diǎn)的位置,在某些環(huán)境下還需要獲得節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置.本文以WSN的特點(diǎn)為基礎(chǔ),首先介紹了接收信號(hào)強(qiáng)度的理論知識(shí),進(jìn)而提出一種優(yōu)化的基于測(cè)距的定位算法:在應(yīng)用中的多用戶情況下,節(jié)點(diǎn)采用多

2、跳方式進(jìn)行通信,在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)冗余的情況下,針對(duì)不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置范圍,建立定位誤差最小的相應(yīng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)庫,繼而對(duì)不同位置范圍的待測(cè)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化選取其定位采用的信標(biāo)節(jié)點(diǎn),最后將由未知節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度得到的多用戶間的距離進(jìn)行差值,優(yōu)化求解非線性方程組,提高算法性能.仿真結(jié)果表明,本文中的RSSIWSN差值定位算法比傳統(tǒng)的RSSI定位算法擁有更好的定位性能.關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);定位;RSSI差值;信標(biāo)節(jié)點(diǎn)中圖分類號(hào):TN92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):043820479(2008)0320361204[6-7]在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(

3、WSN)中,定位業(yè)務(wù)正廣泛受中的修正的路徑損耗模型如下:到關(guān)注,定位精度直接影響網(wǎng)絡(luò)路由的效率.對(duì)于軍RPL(R)=PL(R0)-10nlg()+Xσ(1)用、民用、以及救火WSN來說,估計(jì)用戶的準(zhǔn)確位置R0-PL(R)+Xσ+PL(R0)至關(guān)重要.一般地,基于測(cè)距的定位算法,可以通過測(cè)R=1010nR0(2)[1]量節(jié)點(diǎn)之間的接收信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)、信號(hào)到達(dá)時(shí)間其中,R為未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的距離,n為路徑損[2][3]差(TDOA)或者信號(hào)到達(dá)時(shí)間延遲(TOA)來進(jìn)耗指數(shù),依賴于周圍環(huán)境和建筑物類型,表示路徑損

4、失行節(jié)點(diǎn)的定位.隨距離增加而增大的快慢,Xσ是以dB表示的標(biāo)準(zhǔn)偏在低功率高密度無線設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)中,由于同差為σ的零均值正態(tài)分布隨機(jī)變量,PL(R0)為對(duì)應(yīng)R0步的原因,使得TDOA往往比較難實(shí)現(xiàn).而多徑和噪處節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度值.聲,以及參考時(shí)鐘的不精確性,都會(huì)影響TOA算法的傳統(tǒng)的RSSI算法首先測(cè)得未知節(jié)點(diǎn)的接收功率.精度.另外,在室內(nèi)情況下,由于用戶之間的距離較短,由于已知信標(biāo)節(jié)點(diǎn)信號(hào)的發(fā)射功率,利用上述路徑損同一用戶信號(hào)的各條多徑分量時(shí)間上相當(dāng)接近,現(xiàn)有耗模型就可以將傳播損耗轉(zhuǎn)換為未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的分

5、辨率不足以區(qū)分時(shí)間上如此接近的各條多間的距離,進(jìn)一步利用三角定位法就可以確定待定位徑,很難精確的進(jìn)行TOA或TDOA估計(jì).而在RA2節(jié)點(diǎn)的位置.[4][5]DAR,SpotON等許多項(xiàng)目中使用到的RSSI技1.2多用戶RSSI差值定位算法術(shù),所需設(shè)備簡單,是一種低功率、低成本的測(cè)距技術(shù).未知節(jié)點(diǎn)得到接收信號(hào)功率后,利用修正的路徑針對(duì)傳統(tǒng)的利用三角定位法的RSSI精度較低的問損耗模型得到其與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的距離.與傳統(tǒng)RSSI算題,為適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境,本文提出先優(yōu)選信標(biāo)節(jié)法不同的是,本文將不采用三角定位法,而是將得到的點(diǎn)

6、,然后將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的距離進(jìn)行差值,化網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的距離進(jìn)行差值,得到距離公式為雙曲線方程的算法,并對(duì)此算法進(jìn)行仿真.如下的非線性方程組[8]:22Ri,1=Ri-R1=(Xi-x)+(Yi-y)-1算法模型22(X1-x)+(Y1-y),i=1,2,?k(3)1.1傳統(tǒng)的RSSI算法其中,(x,y)為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),(Xi,Yi)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐信道的長期衰落特性服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,WSN標(biāo),k為參與該節(jié)點(diǎn)定位的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù).當(dāng)其得到多個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI值后,由上式就得到了一組關(guān)于目收稿日期:200

7、7209226標(biāo)節(jié)點(diǎn)的雙曲線方程組.基金項(xiàng)目:福建省自然科學(xué)基金(2007J0192)資助1.3基于Chan算法的模型求解3通訊作者:xfwu@xmu.edu.cnChan算法是一種具有解析表達(dá)式解的非遞歸的?1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·362·廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2008年非線性方程組解法.該算法的特點(diǎn)是計(jì)算量小,定位精222[9]度高.此時(shí),令Ki=X

8、i+Yi,我們利用Chan算法對(duì)方程(3)進(jìn)行平方化簡,可得如下線性方程組:2R^i,1+2R^i,1R1=Ki-2Xi,1x-2Yi,1y-K1,i=2,?,N(4)其中Xi,1=Xi-X1,Yi,1=Yi-Y1,所以圖1典型的WSN0εc=hc-Gczc(5)Fig.1Wirelesssensornetwork2R^2,1-(K2-K1)2