基于節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度比值的加權(quán)質(zhì)心定位算法

陳華 蔡燕

摘要：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)可分為兩類(lèi)：基于測(cè)距和基于非測(cè)距兩種。許多學(xué)者對(duì)質(zhì)心算法存在的不足提出了一些有效的改進(jìn)算法。本文提出的一種基于節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度比值的加權(quán)質(zhì)心定位算法，利用待定位節(jié)點(diǎn)接收到的節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度求出加權(quán)比例因子，進(jìn)一步對(duì)質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行加權(quán)處理，并且與其它兩種算法進(jìn)行比較，文中所提出的基于節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度比值的改進(jìn)算法優(yōu)于其它兩種算法，有效減少了定位誤差，提高了定位精度。

關(guān)鍵詞：WSN；RSSI比值

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)可分為兩類(lèi)：基于測(cè)距和基于非測(cè)距兩種。基于非測(cè)距的定位算法主要有：DVHop算法，質(zhì)心算法，Amorphous算法，APIT，MDSMAP等等；基于測(cè)距的定位算法有：RSSI、TDOA、AOA、TOA。其中，質(zhì)心算法定位過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)硬件設(shè)備要求低，但是定位精度低。許多學(xué)者對(duì)質(zhì)心算法存在的不足提出了一些有效的改進(jìn)算法。本文提出的一種基于節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）比值的加權(quán)質(zhì)心定位算法，利用待定位節(jié)點(diǎn)接收到的RSSI求出加權(quán)比例因子，進(jìn)一步對(duì)質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行加權(quán)處理，并且與其它兩種算法進(jìn)行比較，文中所提出的基于RSSI比值的改進(jìn)算法優(yōu)于其它兩種算法，有效減少了定位誤差，提高了定位精度。

1 質(zhì)心定位算法

基于RSSI的加權(quán)質(zhì)心算法基本思想是把待定位節(jié)點(diǎn)所接收到來(lái)自信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI值作為依據(jù)，計(jì)算出相應(yīng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的加權(quán)值，以所求出的權(quán)值來(lái)反映信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)質(zhì)心位置的影響程度。

未知節(jié)點(diǎn)升級(jí)為錨節(jié)點(diǎn)質(zhì)心算法：

已定位節(jié)點(diǎn)升級(jí)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)算法的主要原理與傳統(tǒng)質(zhì)心算法相似，不同之處在于當(dāng)部分未知節(jié)點(diǎn)已經(jīng)定位后就升級(jí)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，按照傳統(tǒng)質(zhì)心算法，參與其它未知節(jié)點(diǎn)的質(zhì)心定位過(guò)程。

2 節(jié)點(diǎn)RSSI比值的加權(quán)質(zhì)心算法

由于節(jié)點(diǎn)發(fā)射無(wú)線信號(hào)功率多為級(jí)別，極化后接收信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為負(fù)數(shù)的，在定位過(guò)程中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)可以獲取到其通信半徑范圍內(nèi)與未知節(jié)點(diǎn)間的值。改進(jìn)的質(zhì)心算法基本原理是利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與待定位節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值來(lái)求出比例因子。算法原理如圖1所示。加權(quán)系數(shù)求解過(guò)程如下：

先求出平均接收信號(hào)強(qiáng)度：

再求出待定位節(jié)點(diǎn)收到的RSSI中最大值和最小值：

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證文中所提出的基于RSSI比值加權(quán)

的質(zhì)心算法的定位性能，采用MATLAB仿真

下圖表示表示未知節(jié)點(diǎn)數(shù)為70個(gè)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)為30個(gè)，路徑損耗系數(shù)為4時(shí)，三種算法的定位誤差累計(jì)概率分布。由圖可知改進(jìn)的質(zhì)心算法定位誤差落在5m以?xún)?nèi)的概率約為70%，而已定位節(jié)點(diǎn)升級(jí)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)算法和傳統(tǒng)的質(zhì)心算法分別約為45%，40%。所以，基于節(jié)點(diǎn)RSSI比值加權(quán)的質(zhì)心算法的定位性能始終優(yōu)于其他兩種算法。

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作者簡(jiǎn)介：陳華（1982），男，江西贛州人，講師，碩士，主要研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究；蔡燕（1983），女，江西贛州人，講師，碩士，主要研究領(lǐng)域：物聯(lián)網(wǎng)與傳感器方面。