狹長空間無線感知節(jié)點布置策略及定位算法

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1、狹長空間無線感知節(jié)點布置策略及定位算法狹長空間無線感知節(jié)點布置策略及定位算法摘耍：因為人們對無線感知節(jié)點在一些狹長空間場所的研究較少，受空間限制，無線感知節(jié)點及其網(wǎng)絡在這些場所應用具有與開闊空間不同的特征，所以對目前應用于開闊環(huán)境下的無線感知節(jié)點定位算法進行了修正，給出了應用于狹長空間的無線感知節(jié)點定位算法。同時對狹長空間的錨節(jié)點布置方法進行了研究，給出一種較優(yōu)的錨節(jié)點布置策略。理論分析、計算機仿真和實驗驗證表明：該算法及其錨節(jié)點布置策略在狹長空間應用中對未知節(jié)點具有很好的定位精度。關鍵詞：狹長空間；無線感知節(jié)點；錨節(jié)點布置；定位算法中圖分類

2、號：TP3文獻標志碼：A［WT］文章編號：1672-1098(2012)04-0006-04基金項目：國家自然科學基金資助項目(61170060)；安徽省自然科學基金資助項目(11040606M135)；安徽省高等學校自然科學基金重點項目(KJ2011A083)；淮南市科技計劃項目(2011A07904)作者簡介：李敬兆(1964-),男，安徽淮南人，教授，博士，主要從事智能控制教學與研究工作?！拔锫?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、技術和方法。目前專家普遍認同的是將人、物識別和各類監(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)中的應用就是通過各種感知技術、信息傳輸與處理技術，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，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的智能控制與管理［1］。在物聯(lián)網(wǎng)的許多應用中，需耍確定無線感知節(jié)點的位置信息，如物品的跟蹤、設備的管理、人員的定位等。目前在寬闊的環(huán)境中,無線感知網(wǎng)絡得到許多學者的研究和廣泛應用。而人們對無線感知節(jié)點在一些狹長空間場所的研究較少，受空間限制，無線感知節(jié)點及其網(wǎng)絡在這些場所應用具有與開闊空間不同的特征［2］。為此，本文對狹長空間無線感知節(jié)點定位算法及布置策略進行了研究。1狹長空間定位算法在無線感知節(jié)點的眾多算法中，基于

4、收發(fā)信號強度的方法，更適合于狹長空間［3］。對于無線網(wǎng)絡感知節(jié)點而言，其收發(fā)功率的關系由式(1)表示。由式(1),就能夠得到式(2)計算距離的公式。然而，由于無線信號的發(fā)射功率和接收功率一?般用dBm表示［4］。因此式(2)在實際測試和仿真中不可使用。為了使無線信號的發(fā)射功率和接收功率能夠用dBm表示，對式(2)兩邊取對數(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)點布置方法首先，對于狹長空間環(huán)境n的取值進行了實驗、計算。計算以式(7)為依據(jù)，經(jīng)反復實驗，并與實際位置進行比較，得到實驗環(huán)境下的A、B、C和n,

5、分別為0.95、-0.22、-40和2.3,以此對不同節(jié)點布置情況下定位進行研究。實驗采用ZIGBEE開發(fā)板，錨節(jié)點采用CC2431、未知節(jié)點采用CC2430(見圖1)。實驗測試時節(jié)點接收信號強度截圖如圖2所示。下面三種節(jié)點布置方法均采用耒知節(jié)點到錨節(jié)點的實際距離和錨節(jié)點的坐標來估計未知節(jié)點的位置，具體實施如下。首先，將錨節(jié)點的位置均勻布放，且每個錨節(jié)點的縱、橫坐標均已知，隨機分布未知節(jié)點。其次，用Dall(i,j)表示第i個節(jié)點到第j個節(jié)點的計算距離，當未知節(jié)點生成后，通過計算，得到Dall(i，j)矩陣。再次，考慮到信號強度值受距離的影響

6、，在實驗環(huán)境下，經(jīng)過多次實驗，得到無線網(wǎng)絡的平均傳輸半徑為240m,為了使更多錨節(jié)點能夠參與定位計算中，通過定位精度，在此采用的是每隔20m設定一個傳感器節(jié)點，那么對于任意一個未知節(jié)點，它到兩個錨節(jié)點的距離小于sqrt(52+1202)~120m。這里，將120m作為一個限定閾，每個未知節(jié)點尋找與其距離小于這個限定閾的錨節(jié)點，找到后通過這兩個錨節(jié)點到其距離和這兩個錨節(jié)點的已知位置來實現(xiàn)這個未知節(jié)點的定向和定位。對于多于兩個錨節(jié)點的情況，其它錨節(jié)點的收發(fā)信號用于對對上述兩個錨節(jié)點求得距離進行修正，在此，主要關心的是水平距離，也就是橫坐標參數(shù)。2

7、.120m范圍內(nèi)布置兩個錨節(jié)點的未知節(jié)點定位首先在120mX5m的區(qū)域，設定兩個錨節(jié)點，坐標分別為（0,0）和（120,5）o將未知節(jié)點隨機分布在這個矩形區(qū)域內(nèi)，在此先隨機產(chǎn)生十八個未知節(jié)點。這里用圓圈o代表通過測量得到的未知節(jié)點位置，用星號*代表通過這兩個錨節(jié)點估計的未知節(jié)點的位置。通過測量得到未知節(jié)點的實際位置和通過式（7）由實驗得到的接收節(jié)點的信號強度計算的估計位置分布如圖3所示。每個未知節(jié)點的實際位置與計算估計位置Z間的誤差如圖4所示。在這種錨節(jié)點布置情況下，得到未知節(jié)點的平均定位誤差為1.3679m。2.240m范圍內(nèi)布置三個錨節(jié)點

8、的未知節(jié)點定位接著將錨節(jié)點的個數(shù)增加到3個,這次將定位區(qū)域設為240mX5m,錨節(jié)點的坐標分別為（0,0）,（120,2.5）和（240,5）。Z所以這樣進行布置錨