基于系統(tǒng)識別的rssi定位算法

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1、第10卷第15期2010年5月科學(xué)技術(shù)與工程Vo1．10No．15May20101671．1815(2010)15·3784—04ScienceTechnologyandEnoneefing@2010Sei．Teeh．Engn~基于系統(tǒng)識別的RSSI定位算法張書朋李向陽鄧中華(華南理工大學(xué)自動化科學(xué)與工程學(xué)院，廣州510640)摘要針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位問題，分析了基于接收信號強度(RSSI)的定位算法，對無線電傳播路徑損耗理論模型進行了分析。采用系統(tǒng)辨識加權(quán)最小二乘法在線修正了信號衰減理論模型，使算法具有了普遍適用性。提出三邊定位法與質(zhì)心法結(jié)合的定

2、位算法和極大似然估計法得到未知節(jié)點的估計位置。仿真結(jié)果表明，該算法減少了測距誤差，隨著節(jié)點的增加定位精度提高。關(guān)鍵詞系統(tǒng)辨識加權(quán)最小二乘法無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三邊定位法極大似然估計法質(zhì)心法中圖法分類號TP393．03；文獻(xiàn)標(biāo)志碼A在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，WirelessSensorNet—dicator，RSSI)的測距是一種廉價的測距技術(shù)，其原work)技術(shù)中，位置信息對整個網(wǎng)絡(luò)活動是非常重要理是根據(jù)已知發(fā)射信號強度和接收節(jié)點收到的信的。對于大多數(shù)應(yīng)用，不知道傳感器位置而感知的號強度，計算信號在傳播過程中的損耗，使用理論數(shù)據(jù)是沒有意義的?，節(jié)點所采集到的數(shù)

3、據(jù)必須與或經(jīng)驗的信號傳播模型將傳播損耗轉(zhuǎn)化為節(jié)點間測量坐標(biāo)系內(nèi)的位置結(jié)合。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)的距離。其模型如式(1)：，J、點定位問題，就是根據(jù)少數(shù)已知位置的節(jié)點，利用PL(d)=PL(do)一10nlgl5“-l+占(1)、a01某種定位機制確定其他節(jié)點的位置。式(1)中，d是需要計算的未知節(jié)點到信標(biāo)節(jié)點的目前的定位算法從定位手段上分兩大類，基于測距離，n為路徑損耗指數(shù)，依賴于周圍的環(huán)境和建筑距算法(range-based)和無需測距算法(mnge—類型，PL()表示未知節(jié)點接收到的信號強度，free)[33?；跍y距算法通過測量節(jié)點間的距離或角PL(d

4、o)表示參考距離處的信號強度，表示參度信息，使用三邊測量、三角測量或極大似然估計定考節(jié)點到信標(biāo)節(jié)點的距離，表示誤差項。位法計算節(jié)點位置。常用的測距技術(shù)有RSSI，TOA，1．1系統(tǒng)辨識環(huán)境參數(shù)TDOA和AOA；無需測距定位算法則不需要距離和角由上述理論公式可知，如果要從PL(d)和度信息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等信息來實現(xiàn)節(jié)點定位。PL(do)這兩個測量值得到節(jié)點間的距離d，就首先本文將基于RSSI的定位展開討論。在充分研究了基于測距算法的基礎(chǔ)上，通過對無線電傳播路要知道環(huán)境參數(shù)凡和。是由網(wǎng)絡(luò)所在環(huán)境決定徑損耗模型的分析，提出了針對環(huán)境參數(shù)在線辨識的，在一般的文

5、獻(xiàn)中被認(rèn)為是零均值的高斯分布]。但是在多次的實驗測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，并不的定位算法。一定是滿足零均值的高斯分布。因此在實際的應(yīng)1算法模型描述用環(huán)境中，由于溫度、傳播方式、障礙物等因素影響，必須對RSSI信號傳播理論模型的參數(shù)在線辨基于接收信號強度(ReceivedSignalStrengthIn一識。如果不對信號傳播理論模型參數(shù)辨識而根據(jù)201o年3月8日收到經(jīng)驗隨機設(shè)置，這個模型可能無法適合該網(wǎng)絡(luò)所在第一作者簡介：張書朋(1983一)，男，碩士研究生，研究方向：無線的環(huán)境，進而導(dǎo)致接收的RSSI值無法和節(jié)點間的距傳感器網(wǎng)絡(luò)定位。離正確對應(yīng)起來，造成很大的誤

6、差，該算法也不具l5期張書朋，等：基于系統(tǒng)識別的RSSI定位算法3785有普遍使用性。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，理論上通過未知節(jié)點與3我們引入系統(tǒng)辨識的理論對模型參數(shù)進行辨?zhèn)€參考節(jié)點的距離就可用三邊測量法算出它的位識。在環(huán)境中利用信標(biāo)節(jié)點，或者預(yù)先設(shè)置若干節(jié)置，在實際應(yīng)用環(huán)境中，因為RSSI衰減無規(guī)律性，無點，這些節(jié)點的坐標(biāo)已知(即距離已知)。測量相互法精確計算未知節(jié)點位置，所以可以考慮用質(zhì)心間的信號衰減強度，利用這些預(yù)先得到的數(shù)據(jù)做更法來改善定位精度。定位方法如圖1所示。進一步的辨識。把式(1)變形如下：y(k)=()+b=h(Ji})0(2)式(2)中y()

7、=PL(dk)一PL(do)，(矗)=10lg(妻)，一’6～)=Ix)1CB0=[0b】。一般來說，測距誤差與距離的長度成不等比例圖1三邊定位法增長，即距離越大測距誤差越大]，所以我們采用首先取BC邊來考慮，當(dāng)一個未知節(jié)點U收到加權(quán)最小二乘法(WLS，WeightedLeastSquares)對環(huán)信標(biāo)節(jié)點B，C發(fā)出的定位信號時，根據(jù)RSSI值和境參數(shù)辨識，加權(quán)系數(shù)A()=／"，0

8、到第3個信標(biāo)節(jié)點A發(fā)出的定位信『(1)1]號時，可以得到d=L。通過比較式(3)