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《狹長(zhǎng)空間無線感知節(jié)點(diǎn)布置策略及定位算法》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、狹長(zhǎng)空間無線感知節(jié)點(diǎn)布置策略及定位算法狹長(zhǎng)空間無線感知節(jié)點(diǎn)布置策略及定位算法摘耍:因?yàn)槿藗儗?duì)無線感知節(jié)點(diǎn)在一些狹長(zhǎng)空間場(chǎng)所的研究較少,受空間限制,無線感知節(jié)點(diǎn)及其網(wǎng)絡(luò)在這些場(chǎng)所應(yīng)用具有與開闊空間不同的特征,所以對(duì)目前應(yīng)用于開闊環(huán)境下的無線感知節(jié)點(diǎn)定位算法進(jìn)行了修正,給出了應(yīng)用于狹長(zhǎng)空間的無線感知節(jié)點(diǎn)定位算法。同時(shí)對(duì)狹長(zhǎng)空間的錨節(jié)點(diǎn)布置方法進(jìn)行了研究,給出一種較優(yōu)的錨節(jié)點(diǎn)布置策略。理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明:該算法及其錨節(jié)點(diǎn)布置策略在狹長(zhǎng)空間應(yīng)用中對(duì)未知節(jié)點(diǎn)具有很好的定位精度。關(guān)鍵詞:狹長(zhǎng)空間;無線感知節(jié)點(diǎn);錨節(jié)點(diǎn)布置;定位算法中圖分類
2、號(hào):TP3文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A[WT]文章編號(hào):1672-1098(2012)04-0006-04基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61170060);安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11040606M135);安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2011A083);淮南市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2011A07904)作者簡(jiǎn)介:李敬兆(1964-),男,安徽淮南人,教授,博士,主要從事智能控制教學(xué)與研究工作。“物聯(lián)網(wǎng)”為各行各業(yè)的安全生產(chǎn)監(jiān)督管理引入了新的理念、技術(shù)和方法。目前專家普遍認(rèn)同的是將人、物識(shí)別和各類監(jiān)控子系統(tǒng)均納入到一起的大物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。因此物
3、聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)中的應(yīng)用就是通過各種感知技術(shù)、信息傳輸與處理技術(shù),將人員、物質(zhì)、環(huán)境等物理系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的高度整合,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的智能控制與管理[1]。在物聯(lián)網(wǎng)的許多應(yīng)用中,需耍確定無線感知節(jié)點(diǎn)的位置信息,如物品的跟蹤、設(shè)備的管理、人員的定位等。目前在寬闊的環(huán)境中,無線感知網(wǎng)絡(luò)得到許多學(xué)者的研究和廣泛應(yīng)用。而人們對(duì)無線感知節(jié)點(diǎn)在一些狹長(zhǎng)空間場(chǎng)所的研究較少,受空間限制,無線感知節(jié)點(diǎn)及其網(wǎng)絡(luò)在這些場(chǎng)所應(yīng)用具有與開闊空間不同的特征[2]。為此,本文對(duì)狹長(zhǎng)空間無線感知節(jié)點(diǎn)定位算法及布置策略進(jìn)行了研究。1狹長(zhǎng)空間定位算法在無線感知節(jié)點(diǎn)的眾多算法中,基于
4、收發(fā)信號(hào)強(qiáng)度的方法,更適合于狹長(zhǎng)空間[3]。對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)感知節(jié)點(diǎn)而言,其收發(fā)功率的關(guān)系由式(1)表示。由式(1),就能夠得到式(2)計(jì)算距離的公式。然而,由于無線信號(hào)的發(fā)射功率和接收功率一?般用dBm表示[4]。因此式(2)在實(shí)際測(cè)試和仿真中不可使用。為了使無線信號(hào)的發(fā)射功率和接收功率能夠用dBm表示,對(duì)式(2)兩邊取對(duì)數(shù),并在兩邊同乘10,得到式(3)o式(3)變換后得式(4)2三種不同無線感知節(jié)點(diǎn)布置方法首先,對(duì)于狹長(zhǎng)空間環(huán)境n的取值進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)、計(jì)算。計(jì)算以式(7)為依據(jù),經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn),并與實(shí)際位置進(jìn)行比較,得到實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的A、B、C和n,
5、分別為0.95、-0.22、-40和2.3,以此對(duì)不同節(jié)點(diǎn)布置情況下定位進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)采用ZIGBEE開發(fā)板,錨節(jié)點(diǎn)采用CC2431、未知節(jié)點(diǎn)采用CC2430(見圖1)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度截圖如圖2所示。下面三種節(jié)點(diǎn)布置方法均采用耒知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離和錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)來估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)的位置,具體實(shí)施如下。首先,將錨節(jié)點(diǎn)的位置均勻布放,且每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)均已知,隨機(jī)分布未知節(jié)點(diǎn)。其次,用Dall(i,j)表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)到第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算距離,當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)生成后,通過計(jì)算,得到Dall(i,j)矩陣。再次,考慮到信號(hào)強(qiáng)度值受距離的影響
6、,在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),得到無線網(wǎng)絡(luò)的平均傳輸半徑為240m,為了使更多錨節(jié)點(diǎn)能夠參與定位計(jì)算中,通過定位精度,在此采用的是每隔20m設(shè)定一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn),那么對(duì)于任意一個(gè)未知節(jié)點(diǎn),它到兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離小于sqrt(52+1202)~120m。這里,將120m作為一個(gè)限定閾,每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)尋找與其距離小于這個(gè)限定閾的錨節(jié)點(diǎn),找到后通過這兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)到其距離和這兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的已知位置來實(shí)現(xiàn)這個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的定向和定位。對(duì)于多于兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的情況,其它錨節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信號(hào)用于對(duì)對(duì)上述兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)求得距離進(jìn)行修正,在此,主要關(guān)心的是水平距離,也就是橫坐標(biāo)參數(shù)。2
7、.120m范圍內(nèi)布置兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的未知節(jié)點(diǎn)定位首先在120mX5m的區(qū)域,設(shè)定兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)分別為(0,0)和(120,5)o將未知節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在這個(gè)矩形區(qū)域內(nèi),在此先隨機(jī)產(chǎn)生十八個(gè)未知節(jié)點(diǎn)。這里用圓圈o代表通過測(cè)量得到的未知節(jié)點(diǎn)位置,用星號(hào)*代表通過這兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)估計(jì)的未知節(jié)點(diǎn)的位置。通過測(cè)量得到未知節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置和通過式(7)由實(shí)驗(yàn)得到的接收節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算的估計(jì)位置分布如圖3所示。每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置與計(jì)算估計(jì)位置Z間的誤差如圖4所示。在這種錨節(jié)點(diǎn)布置情況下,得到未知節(jié)點(diǎn)的平均定位誤差為1.3679m。2.240m范圍內(nèi)布置三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)
8、的未知節(jié)點(diǎn)定位接著將錨節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)增加到3個(gè),這次將定位區(qū)域設(shè)為240mX5m,錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(0,0),(120,2.5)和(240,5)。Z所以這樣進(jìn)行布置錨