一种改进的无线传感器网络节点室内定位方法.doc

一种改进的无线传感器网络节点室内定位方法.doc一种改进的无线传感器网络节点室内定位方法
潘小琴1 崔文婷2 刘理想2 戈婧佼2
(,四川绵阳 621010;,四川绵阳 621010)
【摘要】无线传感器网络节点室内定位准确性问题一直是研究热点。由于室内环境复杂、固定遮挡物以及走动人员均会造成信号衰减,若使用传统的RSSI定位算法其误差太大无法满足实际应用的需求。在不增加硬件开销的基础上,提出一种可以提高定位精度的改进定位算法。该算法首先通过离未知节点最近的三个锚节点划分三角形子区域,再根据RSSI值估算出该区域内路径损耗模型的参数A、n,并进一步通过锚节点的相互协作,得到测距误差模型参数k、Δ,最终计算出精确的位置信息。仿真结果显示:在相同的条件下,改进后的算法具有更高的定位精度,误差在1m以内,可以满足室内定位的要求。
.jyqk;d0为参考距离;PL0表示参考距离为d0的路径传输损耗;n是路径损耗指数,表征路径损耗随距离增加而增大的快慢程度,与环境有关;S是均值为0的高斯噪声,其标准差Sσ随节点布置环境的不同而不同;
接收节点接收的信号强度为:
RSSI=Pt-PL(d)(2)
其中,Pt表示信号的发射功率,单位为dBm。
参考距离通常取1m,即d0=1,令A=Pt-PL0,对多次测量接收到的信号强度RSSI取平均值,此时S均值为0,故上式化简为:
由上式可以看出,距离d受RSSI值和环境参数A、n的影响。文献[4]从噪声和干扰着手,对RSSI值进行滤波、筛选处理,这些方法虽然可以提高测距精度,却带来了大量的通信和计算开销。文献[5]从环境因素着手提出精确估计出定位区域内的A和n。然而A、n是与射频电路和无线信号传输环境密切相关的,随着定位节点的移动,n是时变的。实际测试结果显示:由于多径、反射、障碍物阻挡等因素的影响,相同距离对应的RSSI相差很大,也就是不同环境对应的模型参数A、n是不同的,路径损耗模型参数随着环境的改变而改变。
算法的改进
为了减小定位误差,又不增加通信和计算开销,从环境因素着手,提出一种简单有效的改进算法。算法先将定位区域划分为多个子区域,再利用多个锚节点协作通信,动态估计A、n在该子区域内的较为精确的值[6],并且进一步推导出测量距离与实际距离之间的误差模型,以此误差模型来对测试距离进行修正,最后通过定位算法计算未知节点的坐标。
划分子区域的路径损耗模型参数估计
基本思想如图1所示,X为未知节点,假设A、B、C、X两两之间能够互相通信,且A、B、C、为距离X最近的三个不共线锚节点。我们假设△ABC所在区域是一个比较小的范围,可以近似认为在这一区域内路径损耗模型参数A、n是相同的,因此,我们可以利用锚节点来估计出所需要的A、n。
测距误差模型修正
由于公式(8)唯一确定A、n,数据具有偶然性,为了进一步提高定位精度,利用三个锚节点信息对测距阶段的距离测量值进行修正。
假设影响锚节点A、B、C与未知节点X通信过程中的测距误差和A、B、C互相通信过程中的误差情况相同,设实际距离与测量距离满足下列线性方程关系[7]:
dij是节点i到它邻居节点j的实际距离,rij是节点i到它邻居节点j的测量距离,△ij是节点i和j之间测距的随机误