基于RSSI的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三角形質(zhì)心定位算法-工業(yè)控制
摘 要：節(jié)點(diǎn)定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一?；赗SSI的定位技術(shù)是現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)，為解決RSSI測量方法定位誤差較大的問題，提出一種將RSSI測量方法與三角形質(zhì)心算法相結(jié)合的新型定位算法，該算法用三角形質(zhì)心算法減小RSSI的測量誤差。仿真表明該算法比基于RSSI的三邊測量法定位算法的定位精度有較大提高。
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；定位算法；RSSI；質(zhì)心；三角形質(zhì)心定位算法
0 引 言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是面向事件的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對于大多數(shù)應(yīng)用，不知道傳感器位置而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。實(shí)時(shí)地確定事件發(fā)生的位置或獲取消息的節(jié)點(diǎn)位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一，也是提供監(jiān)測事件位置信息的前提，所以定位技術(shù)對傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的有效性起著關(guān)鍵的作用。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，按節(jié)點(diǎn)位置估測機(jī)制，根據(jù)定位過程中是否測量節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或角度，可分為基于距離(Range—based)的定位算法和距離無關(guān)(Range—free)的定位算法。前者需要測量節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離；后者是利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離來計(jì)算末知節(jié)點(diǎn)的位置。在基于距離的定位算法中，測量節(jié)點(diǎn)間距離或方位時(shí)采用的方法有TOA(Time of Arrival)，TDOA(Time Difference of Arrival)，RSSI(ReceivedSignal Strength Indication)和AOA(Angle of Arri—val)。距離無關(guān)的算法主要有質(zhì)心算法、DV—hop算法等。相比之下，基于距離的定位算法測量精度較高，距離無關(guān)的定位算法對硬件要求較低。
比較各種基于距離的測距算法，TOA需要精確的時(shí)鐘同步，TDOA需要節(jié)點(diǎn)配備超聲波收發(fā)裝置，AOA需要有天線陣列或麥克風(fēng)陣列，這三種算法對硬件要求較高。RSSI技術(shù)主要是用RF信號，而節(jié)點(diǎn)本身就具有無線通信能力，故其是一種低功耗、廉價(jià)的測距技術(shù)。
接收信號強(qiáng)度指示RSSI的定位方法，是在已知發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號強(qiáng)度，根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)收到的信號強(qiáng)度，計(jì)算出信號的傳播損耗，再利用理論和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為距離，最后計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置。因?yàn)槔碚摵徒?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓罍y性質(zhì)，故而RSSI具有較大定位誤差。
基于RSSI技術(shù)，提出一種將RSSI測量方法與三角形質(zhì)心算法相結(jié)合的新型定位算法，該算法用三角形質(zhì)心算法減小RSSI的測量誤差。仿真表明，該算法基于RSSI的三邊測量法定位算法相比，極大提高了定位精度。
1 國內(nèi)外相關(guān)研究
當(dāng)無線信號在大氣環(huán)境中傳播時(shí)，由于多種因素影響，信號強(qiáng)度會隨著其傳播距離的增加而衰減。這表明，信號強(qiáng)度變化與傳播距離間存在著某種函數(shù)關(guān)系，且通常情況下傳感節(jié)點(diǎn)均可很容易配置測定接收信號強(qiáng)度的模塊。所以，近年來研究人員開始將RSSI技術(shù)用于傳感器節(jié)點(diǎn)定位中。
目前，對RSSI的研究主要有兩個(gè)方面。一是，提高改良傳輸損耗模型，建立更符合實(shí)際環(huán)境的數(shù)學(xué)模型；二是，結(jié)合各種測量算法，減小傳輸損耗模型帶來的誤差。這里研究重點(diǎn)在第二個(gè)方面。
最早的研究人員使用RSSI加三邊測量法的定位技術(shù)，如文獻(xiàn)中的RADAR室內(nèi)定位系統(tǒng)。
文獻(xiàn)的作者提出采用交疊環(huán)定位的方式，利用包含未知節(jié)點(diǎn)的相互交疊的環(huán)形區(qū)域來定位未知節(jié)點(diǎn)。該方法只是比較相應(yīng)RSSI的大小，并未利用它測距。文獻(xiàn)提出一種加權(quán)質(zhì)心定位算法，它提出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)影響力的概念，節(jié)點(diǎn)到信號源的距離越近，由RSSI值的偏差產(chǎn)生的絕對距離誤差越小，影響力越大。影響力越大的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)位置有更大的決定權(quán)。其采用優(yōu)選信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的方式，根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對未知節(jié)點(diǎn)的不同影響力確定加權(quán)因子，以此來提高定位精度。
文獻(xiàn)提出綜合RSSI算法和切圓圓心法的RCM算法，提高了定位精度，仿真表明，在RSSI測距誤差散布達(dá)到50％時(shí)，定位誤差可降到10％以內(nèi)。
2 基于RSSI的三角形質(zhì)心算法模型
與文獻(xiàn)一樣，該算法針對大規(guī)模隨機(jī)散布野外應(yīng)用環(huán)境，這類應(yīng)用大都不需要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確定位，只需要知道節(jié)點(diǎn)的大概區(qū)域就可滿足需求，同時(shí)要求硬件成本低、定位過程通信開銷小、節(jié)能。
2．1 基于RSSI的定位
RSSI測量，一般利用信號傳播的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c理論模型。
對于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在?shí)際定位前，先選取若干測試點(diǎn)，記錄在這些點(diǎn)各
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