一種基于rssi的三維加權(quán)質(zhì)心定位算法

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1、第38卷第4期測繪科學(xué)Vol.38No.42013年07月ScienceofSurveyingandMappingJuly.一種基于RSSI的三維加權(quán)質(zhì)心定位算法①②②①②②②陳群，高星偉，郭杭，李英成，李海濤，徐彥田(①南昌大學(xué)，南昌330031;②中國測繪科學(xué)研究院，北京100830)【摘要】定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)?；赗SSI的定位技術(shù)以其不需額外的硬件、成本低廉而成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首選之一。本文在分析一些常用的算法基礎(chǔ)上，提出了一種適用于RSSI技術(shù)的三維加權(quán)質(zhì)心定位算

2、法，在室外用ZigBee硬件平臺進行實驗，結(jié)果表明定位誤差在4m以內(nèi)，相對定位誤差在20%以內(nèi)的概率到達70%?！娟P(guān)鍵詞】RSSI模型;加權(quán)質(zhì)心;ZigBee;三維定位【中圖分類號】P215【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1009-2307(2013)04-0091-031引言2RSSI測距模型隨著無線網(wǎng)絡(luò)的普及和計算機技術(shù)的發(fā)展，基于位置根據(jù)無線傳播規(guī)律，無線信號能量在傳播過程中，會服務(wù)(LBS)在現(xiàn)實生活中越來越受關(guān)注，人們對定位與導(dǎo)有損耗，而這種損耗與傳播路徑相關(guān)。RSSI測距法，正是航的需求

3、日益增大。目前通用的GPS定位已經(jīng)應(yīng)用在各種利用此相關(guān)性得出發(fā)射節(jié)點到接受節(jié)點之間距離。在無線領(lǐng)域中，但是GPS在特殊環(huán)境中信號會中斷或質(zhì)量差，譬傳播理論中稱此種損耗為路徑損耗，此種相關(guān)性建立的模［6］如在室內(nèi)，地下通道，礦井，復(fù)雜建筑群中等。新興的無型為路徑損耗模型。路徑損耗模型可分為:經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?］［2］線導(dǎo)航定位技術(shù)相繼出現(xiàn)，如Zigbee、RFID、(Empiricalmodel)、半確定性模型(Semi-deterministicmod-［3］［4］UWB、WIFI等。els)和確定性

4、模型(Deterministicmodels)。經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷囊恍㈱igBee是一種以IEEE802.15.4標(biāo)準為基礎(chǔ)的，主要用參數(shù)范圍，可以根據(jù)經(jīng)驗選取，模型較為簡單，精度不高，于近距離的無線連接，能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點間的相互協(xié)調(diào)通信，易用于大致估計。確定性模型，基于電磁波傳播理論和幾只需要很少的能量，以自組網(wǎng)多跳的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，何光學(xué)，對實際場地進行大量測試分析，并建立起相關(guān)的已被無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)所廣泛采用的一種無線通信技地理信息數(shù)據(jù)庫，模型較為精確反映實際場地電波傳播情術(shù)標(biāo)準?；赯i

5、gBee無線網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)相對來說，有以下況。半確定性模型介于二者之間，抽樣采集部分數(shù)據(jù)，通優(yōu)點:成本低，功耗低，容量大，自愈能力強，可靠性高，［6-8］過一些數(shù)據(jù)處理擬合場地模型。很多研究表明，RSSI時延短。路徑損耗可遵從(1)式:目前的定位算法從定位手段來說分兩大類，基于測距d［5］。前者通PL(d)=PL(d0)－10Nlog()+Xδ(1)算法(range-based)和無需測距算法(range-free)d0過測量節(jié)點間點到點的距離或角度信息，后者則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)其中，d為接收端與發(fā)射端之間

6、的距離，d0為參考距連通性等信息即可估算節(jié)點位置。Range-based常用測距離，PL(d)為接收端在d處接收信號功率(dBm)，PL(d0)技術(shù)有:RSSI、TOA、TDOA、AOA;range-free的定位方為接收端在d0處的接收信號功率(dBm)，N依賴與周圍環(huán)法主要有:質(zhì)心法、DV-Hop算法、Amorphous算法和境和建筑物類型，Xδ表示標(biāo)準偏差為δdB均值為0的高斯分APIT定位算法?；跍y距的定位算法，必須首先獲取節(jié)布隨機變量。點間的距離，常用的測距技術(shù)有GPS、紅外線、超聲

7、波、在實際應(yīng)用過程中，可取d0=1m，然后收集接收端RSSI等。GPS、紅外線、超聲波等測距技術(shù)都需要額外的RSSI值。這樣一個簡化的模型可以表示為:硬件與以支持，增加了硬件的成本和尺寸?；赗SSI(Re-PL(d)=A－Blog(d)(2)ceivedSignalStrengthIndication)測距技術(shù)無需額外的硬件，參數(shù)A－PL(d0)+Xδ表示接收端在1m處的接收信號普通的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般都能提取RSSI值，再根據(jù)無線強度值及其波動性，B=10n包含著實際環(huán)境的中的信號衰傳播路徑損

8、耗理論，推算出節(jié)點之間的距離即可。當(dāng)有了減指數(shù)。A與B值可以根據(jù)實際環(huán)境采集大量數(shù)據(jù)，曲線多個距離后，就可以根據(jù)相關(guān)的定位算法估算用戶節(jié)點的擬合確定。位置。本文分析了常用的RSSI模型，結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)的自身3一種改進三維加權(quán)質(zhì)心定位算法特性設(shè)計了三維加權(quán)質(zhì)心定位算法。在以TI公司CC2530［9］加權(quán)質(zhì)心定位算法，其基本思想是在質(zhì)心定位法，為核心的ZigBee定位系統(tǒng)中驗證了算法的有效性。通過加權(quán)因子來反映參考節(jié)點對質(zhì)心坐標(biāo)決定權(quán)的大小，利用加權(quán)因子來體現(xiàn)各參考節(jié)點對質(zhì)心位置的影響程度，反