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作者: 发布时间:2017-04-10 来源: 繁体版
  傅彬  (绍兴职业技术学院,浙江 绍兴 312000)  摘要:降低节点定位误差是无线传感网一直不断改进的方向。在RSSI定位算法的基础上,引入加权概念降低定位误差。首先针对定位算法中RSSI均

  傅彬hSh自动化在线网

  (绍兴职业技术学院,浙江 绍兴 312000)hSh自动化在线网

  摘要:降低节点定位误差是无线传感网一直不断改进的方向。在RSSI定位算法的基础上,引入加权概念降低定位误差。首先针对定位算法中RSSI均值不准确的问题,采用常态分布处理,通过似然函数来获得RSSI的阈值,从而避免均值过大的情况;其次通过权值因子来分配锚节点与未知节点之间估算距离的权重。在MATLAB仿真实验平台中,与其他算法在通信半径和锚节点密度等条件下的相比发现,文中算法具有比较好的效果。hSh自动化在线网

  关键词:节点定位;RSSI;WSNhSh自动化在线网

  中图分类号:TP393文献标识码:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.05.021hSh自动化在线网

  引用格式:傅彬.WSN中基于改进的RSSI定位算法研究[J].微型机与应用,2017,36(5):69-71,75.hSh自动化在线网

0引言hSh自动化在线网

  如何能够更好地进行节点定位一直以来都是无线传感网的主要研究方向,节点定位效果的好坏一方面受地理位置和环境的影响,另一方面主要来自锚节点与未知节点之间的计算方式等影响[1]。本文从RSSI定位算法角度来研究有关未知节点的定位。文献[2]采用RSSI测距法测出未知节点与锚节点的距离,用最小二乘法粗略定位,取得了一定的效果;文献[3]提出对节点初始位置进行初步估计,然后对其进行逐步精解;文献[4]提出了将RSSI测距与量子粒子群算法进行结合调度节点定位方法;文献[5]提出以多信标节点质心定位修正算法来计算节点坐标修正值;文献[6]提出了以恒定步长进行节点趋势移动的校验法,仿真实验说明能够提高定位精度;文献[7]提出了一种基于RSSI距离比的MDS定位算法;文献[8]提出基于RSSI比例修正的DV?Hop定位算法,该算法能够提高定位精度;文献[9]提出基于RSSI的MCL定位算法,提高了采样准确率,从而可以提高定位精度,降低功耗。hSh自动化在线网

  根据以上研究的结果,本文在RSSI定位算法的基础上,针对其不足,采用似然函数来处理RSSI阈值,通过权值因子来分配锚节点与未知节点之间估算距离的权重,取得了比较好的效果。hSh自动化在线网

1RSSI测距简介hSh自动化在线网

  在RSSI中主要是通过信号功率之间能量损失来估算发射节点与接收节点之间的距离,如下:hSh自动化在线网

  PR(d)=PtGtGrλ2/16π2d2L(1)hSh自动化在线网

  式中,PR(d)表示与发射节点相距d处的接收功率,Pt为发射节点的功率,Gt、Gr分别为发射节点和接收节点的增益,L为损耗定量,d为距离,λ为波长。通过式(1)得到各个节点之间的实际距离。hSh自动化在线网

  RSSI是一种与距离相关的定位算法,由于定位效果容易受到来自自然界等外部因素的影响,因此这种测距方法与真实距离存在一定的差距。加权算法是一种与距离无关的算法,将这两种算法进行融合,利用前者为后者提供距离权值信息,后者通过使用加权算法提高RSSI算法的定位精度,这样可以降低成本,提高精度,降低能耗。设定某个区域中存在N个锚节点,其中,A、B、C为其中的3个锚节点,坐标分别为(xa,ya)、(xb,yb)和(xc,yc);未知节点为D,坐标为(x,y),由3个锚节点定位出来的未知节点的估算坐标为(xi,yi),因此通过使用RSSI模型计算节点D到3个锚节点的距离为:da、db和dc,采用三边测量法得到如下:hSh自动化在线网

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  通过加权得到未知节点的最终估计位置如下:hSh自动化在线网

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  式(4)中每3个锚节点和未知节点通过三边测量法得到未知节点的坐标,这样一共得到C3N个未知节点的近似坐标,对其进行加权,权重是未知节点到3个锚节点距离之和的倒数。hSh自动化在线网

2基于改进的RSSI的加权定位算法hSh自动化在线网

  2.1改进RSSI处理方法hSh自动化在线网

  原来的RSSI模型算法使用的是均值模型,得到RSSI的结果如下:hSh自动化在线网

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  式(5)中,m是预先设定好的RSSI的阈值,采用均值法可以解决RSSI随机问题,但受到较大干扰而使得数值结果出现震荡,因此效果不是很好。根据对数模型,在收发距离相同时,RSSI值服从正态分布,概率函数如下:hSh自动化在线网

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  解方程,得到未知参数μ、σ2的最大似然估计值:hSh自动化在线网

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  通过采集的RSSI样本数据就能估计出总体服从正态分布的均值和方差。将其代入RSSI的测距模型,最后得到锚节点与未知节点之间的距离。hSh自动化在线网

  2.2权值因子hSh自动化在线网

  对RSSI中三边定位法获得的未知节点的估计坐标进行加权,权值因子只考虑三边定位时的距离信息。hSh自动化在线网

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  当距离增大时,RSSI的值下降,当距离增大到一定程度时,RSSI值的变化就无法反映距离的增长了。因此RSSI值越大,该数据换算成距离信息的定位带来的误差也就越小,因此估算坐标进行加权计算就越重要。为了进一步提高定位精度,将权重因子改为如下公式:


WSN中基于改进的RSSI定位算法研究
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