摘 要：本文對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行介紹，針對(duì)WSN定位算法進(jìn)行研究和分析，對(duì)RSSI測(cè)距誤差進(jìn)行分析并對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行改進(jìn)，用最小二乘擬合曲線的方法對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行估計(jì)和實(shí)時(shí)更新傳播損耗公式的經(jīng)驗(yàn)值從而達(dá)到減少定位誤差的目的。

關(guān)鍵詞：WSN RSSI 定位算法

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）09（b）-0147-01

當(dāng)今社會(huì)越來越多的場(chǎng)合需要室內(nèi)定位這一服務(wù)業(yè)務(wù)，比如，在地下礦業(yè)生產(chǎn)這一領(lǐng)域?qū)Φ叵碌V工作業(yè)的定位，以及大型室內(nèi)停車場(chǎng)對(duì)車輛的定位然后對(duì)車輛進(jìn)行引導(dǎo)使其車輛方便找到停車的位置。當(dāng)前的GPS解決了室外定位的問題，但是沒有解決室內(nèi)定位的問題，對(duì)于礦工安全生產(chǎn)這一領(lǐng)域、大型地下停車場(chǎng)車輛引導(dǎo)領(lǐng)域、以及商城的室內(nèi)定位領(lǐng)域的專業(yè)定位系統(tǒng)來說還是個(gè)空白，沒有專門的適合的定位系統(tǒng)。為了彌補(bǔ)GPS在室外定位環(huán)境的不足，因此，研究WSN定位系統(tǒng)是有現(xiàn)實(shí)意義的。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)概述[1]

WSN是一種無中心節(jié)點(diǎn)的全分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[2]。眾多傳感器節(jié)點(diǎn)（除了少量的錨節(jié)點(diǎn)）被隨機(jī)部署在目標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)。這些節(jié)點(diǎn)通過無線信道相連，自組織地構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)之間具有良好的協(xié)作能力，通過局部信息的交換來完成全局任務(wù)。

2 基于測(cè)距（Range-based）的定位技術(shù)

2.1 基于測(cè)距的定位算法概述

基于測(cè)距的定位機(jī)制，其基本思想是通過測(cè)量節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位進(jìn)行定位。有三個(gè)階段：測(cè)距階段：未知節(jié)點(diǎn)首先測(cè)量到鄰居節(jié)點(diǎn)的距離或角度，然后進(jìn)一步計(jì)算到鄰近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離或方位；定位階段：未知節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出到達(dá)三個(gè)或三個(gè)以上信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離或角度后，利用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法或極大似然估計(jì)法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；修正階段：對(duì)求得的節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行求精，提高定位精度，減少誤差。

基于測(cè)距的定位技術(shù)有：（1）三邊定位和多邊定位，其中的技術(shù)有信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）；信號(hào)傳播時(shí)間/時(shí)間差（TOA/TDOA/RTOF）；接收信號(hào)相位（PDOA）；近場(chǎng)電磁測(cè)距（NFER）。（2）接收信號(hào)角度定位。

2.2 RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度指示器）定位技術(shù)[3]

該算法是根據(jù)己知的信號(hào)發(fā)送功率和RSSI（Received Signal Strength Indicator）測(cè)得的接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)值，計(jì)算信號(hào)的有效傳播損耗，再利用該損耗值來估算距離，根據(jù)三個(gè)或三個(gè)以上距離值就可確定目標(biāo)點(diǎn)的位置。但是該方法最大的缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境變化敏感，而且定位精度較差，主要是由于信號(hào)傳輸過程中的多徑效應(yīng)和通過障礙時(shí)產(chǎn)生的陰影效應(yīng)導(dǎo)致的，所以不太適合于室內(nèi)高精度定位。

傳播損耗公式：

2.3 RSSI測(cè)距誤差分析

本文對(duì)RSII在實(shí)際應(yīng)用中的誤差來源進(jìn)行分析，產(chǎn)生誤差的原因有：

第一，系統(tǒng)硬件產(chǎn)生的誤差，這些誤差是由于系統(tǒng)的硬件平臺(tái)產(chǎn)生的噪聲，以及器件的不穩(wěn)定導(dǎo)致的接收端產(chǎn)生誤碼，天線的方向和增益也是影響RSSI測(cè)距的關(guān)鍵誤差因素。

第二，由于環(huán)境產(chǎn)生的誤差。無線信號(hào)在空間中傳播受建筑物、地形的起伏、高大的植被遮擋導(dǎo)致陰影效應(yīng)。并且當(dāng)物體移動(dòng)時(shí)RSSI的波動(dòng)值波動(dòng)比較大，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)失真。

第三，使用固定的信號(hào)傳播損耗公式產(chǎn)生的誤差。至今信道傳播損耗的數(shù)學(xué)公式不是絕對(duì)的精確，只能盡可能的貼近實(shí)際的情況。

2.4 RSSI測(cè)距誤差修正

對(duì)于第一、第二方面產(chǎn)生的誤差，容易導(dǎo)致接收信號(hào)強(qiáng)度的值波動(dòng)比較大，有些值是失真的，所以接收方應(yīng)當(dāng)不能就某一個(gè)RSSI的值就確定RSSI接收信號(hào)強(qiáng)度，要多次測(cè)量用最小二乘擬合曲線[4]的方法把測(cè)量出的RSSI值用最小二乘擬合曲線估計(jì)出接近于真實(shí)值的值，來達(dá)到提高定位精度的目的。

采用接收信號(hào)衰減強(qiáng)度時(shí)的傳播損耗公式或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ退a(chǎn)生的誤差：傳播損耗公式表示的數(shù)學(xué)公式模型是與RSSI最匹配的模型、雖然傳播損耗公式中考慮了環(huán)境噪聲，通用方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置n和的值，通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算的信號(hào)衰減與信號(hào)實(shí)際傳播過程中的環(huán)境造成的信號(hào)衰減勢(shì)必存在一定的差額。針對(duì)RSSI測(cè)距產(chǎn)生誤差提出了基于三個(gè)標(biāo)定的錨節(jié)點(diǎn)來對(duì)RSSI傳播損耗公式的參數(shù)進(jìn)行修正，并將修正后的參數(shù)信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的同區(qū)域的其他節(jié)點(diǎn)。實(shí)時(shí)更新傳播損耗公式的經(jīng)驗(yàn)值，至此可實(shí)現(xiàn)RSSI理論模型參數(shù)的在線修正來提高定位精度。

3 結(jié)語

通過以上對(duì)WSN定位算法進(jìn)行研究和分析，能夠減少定位誤差從而提高室內(nèi)定位技術(shù)的準(zhǔn)確度，該定位算法在室內(nèi)定位領(lǐng)域有良好的前景，能夠有效的對(duì)地下礦工以及地下停車場(chǎng)車輛的定位以及其他室內(nèi)場(chǎng)合進(jìn)行定位。

參考文獻(xiàn)

[1]Doherty L，Pister K，Ghaoui L E.Convex Position Estimation in Wireless Sensor Networks[C]∥In： Proc of Twentieth Annual Joint Conf of the IEEE Computer and Communications Societies. Anehorage，USA，2001：1655-1663.

[2]Feng Zhao，Leonidas J. Guibas. Wireless Sensor Networks：An Information Processing Approach[M]∥The Morgan Kaufmann Series in Networking.Morgan Kaufmann Publishers，2004.

[3]Lin Wei，CHEN Chuan-feng.RSSI-based wireless sensor network triangle centroid location algorithm[J].Sensor technology，2009（2）：180-182.

[4]Zhou Songbin.SVR-based regression modeling of the Wireless Sensor Network positioning theory and algorithms[D].Guangzhou：South China University of Technology，2008.