2017-04-10 16:45:33

  傅彬

  (紹興職業技術學院,浙江 紹興 312000)

  摘要:降低節點定位誤差是無線傳感網一直不斷改進的方向。在RSSI定位算法的基礎上,引入加權概念降低定位誤差。首先針對定位算法中RSSI均值不準確的問題,采用常態分布處理,通過似然函數來獲得RSSI的閾值,從而避免均值過大的情況;其次通過權值因子來分配錨節點與未知節點之間估算距離的權重。在MATLAB仿真實驗平台中,與其他算法在通信半徑和錨節點密度等條件下的相比發現,文中算法具有比較好的效果。

  關鍵詞:節點定位;RSSI;WSN

  中圖分類號:TP393文獻標識碼:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.05.021

  引用格式:傅彬.WSN中基於改進的RSSI定位算法研究[J].微型機與應用,2017,36(5):69-71,75.

0引言

  如何能夠更好地進行節點定位一直以來都是無線傳感網的主要研究方向,節點定位效果的好壞一方麵受地理位置和環境的影響,另一方麵主要來自錨節點與未知節點之間的計算方式等影響[1]。本文從RSSI定位算法角度來研究有關未知節點的定位。文獻[2]采用RSSI測距法測出未知節點與錨節點的距離,用最小二乘法粗略定位,取得了一定的效果;文獻[3]提出對節點初始位置進行初步估計,然後對其進行逐步精解;文獻[4]提出了將RSSI測距與量子粒子群算法進行結合調度節點定位方法;文獻[5]提出以多信標節點質心定位修正算法來計算節點坐標修正值;文獻[6]提出了以恒定步長進行節點趨勢移動的校驗法,仿真實驗說明能夠提高定位精度;文獻[7]提出了一種基於RSSI距離比的MDS定位算法;文獻[8]提出基於RSSI比例修正的DV?Hop定位算法,該算法能夠提高定位精度;文獻[9]提出基於RSSI的MCL定位算法,提高了采樣準確率,從而可以提高定位精度,降低功耗。

  根據以上研究的結果,本文在RSSI定位算法的基礎上,針對其不足,采用似然函數來處理RSSI閾值,通過權值因子來分配錨節點與未知節點之間估算距離的權重,取得了比較好的效果。

1RSSI測距簡介

  在RSSI中主要是通過信號功率之間能量損失來估算發射節點與接收節點之間的距離,如下:

  PR(d)=PtGtGrλ2/16π2d2L(1)

  式中,PR(d)表示與發射節點相距d處的接收功率,Pt為發射節點的功率,Gt、Gr分別為發射節點和接收節點的增益,L為損耗定量,d為距離,λ為波長。通過式(1)得到各個節點之間的實際距離。

  RSSI是一種與距離相關的定位算法,由於定位效果容易受到來自自然界等外部因素的影響,因此這種測距方法與真實距離存在一定的差距。加權算法是一種與距離無關的算法,將這兩種算法進行融合,利用前者為後者提供距離權值信息,後者通過使用加權算法提高RSSI算法的定位精度,這樣可以降低成本,提高精度,降低能耗。設定某個區域中存在N個錨節點,其中,A、B、C為其中的3個錨節點,坐標分別為(xa,ya)、(xb,yb)和(xc,yc);未知節點為D,坐標為(x,y),由3個錨節點定位出來的未知節點的估算坐標為(xi,yi),因此通過使用RSSI模型計算節點D到3個錨節點的距離為:da、db和dc,采用三邊測量法得到如下:

  73N)Z[2B{[{6BE9KYRDRN9S.png

  通過加權得到未知節點的最終估計位置如下:

  H1H1VYCX16@`NO24GVHRG)J.png

  式(4)中每3個錨節點和未知節點通過三邊測量法得到未知節點的坐標,這樣一共得到C3N個未知節點的近似坐標,對其進行加權,權重是未知節點到3個錨節點距離之和的倒數。

2基於改進的RSSI的加權定位算法

  2.1改進RSSI處理方法

  原來的RSSI模型算法使用的是均值模型,得到RSSI的結果如下:

  4A4Q14L5UYP9Z$OBH8WO@M6.png

  式(5)中,m是預先設定好的RSSI的閾值,采用均值法可以解決RSSI隨機問題,但受到較大幹擾而使得數值結果出現震蕩,因此效果不是很好。根據對數模型,在收發距離相同時,RSSI值服從正態分布,概率函數如下:

  `G$%9D`M[~WM6FFJ8HNSETF.png

  解方程,得到未知參數μ、σ2的最大似然估計值:

  X0O}M50KP)MX}NIH`ONCDBM.png

  通過采集的RSSI樣本數據就能估計出總體服從正態分布的均值和方差。將其代入RSSI的測距模型,最後得到錨節點與未知節點之間的距離。

  2.2權值因子

  對RSSI中三邊定位法獲得的未知節點的估計坐標進行加權,權值因子隻考慮三邊定位時的距離信息。

  %SPR_94WBB%43_O{RL{83SV.png

  當距離增大時,RSSI的值下降,當距離增大到一定程度時,RSSI值的變化就無法反映距離的增長了。因此RSSI值越大,該數據換算成距離信息的定位帶來的誤差也就越小,因此估算坐標進行加權計算就越重要。為了進一步提高定位精度,將權重因子改為如下公式:

第1頁  第2頁  第3頁  

http://www.autooo.net/autooo/wuxiantongxun/jishu/2017-04-10/171622.html